9月1日，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布《美国半导体制造业的战略机遇》报告^[1]。该报告整理了来自工业、学术和政府部门800多名人士在相关研讨会上的意见与建议，概述了测量、标准化、建模和仿真领域的7项重大战略挑战，并提出了对应的策略以及研究方向。

1、材料纯度、性能和来源的计量。通过开发新的测量方法和标准，满足多元化供应链中对半导体材料纯度、物理性能和来源的日益严格的要求。为应对这一挑战，报告建议开发以缺陷和污染物识别为重点的测量技术、性能数据和标准，以支持整个供应链的材料质量统一性和可追溯性。包括5个研究方向：具有更高灵敏度和吞吐量的新型测量方法，用于检测整个供应链中材料的颗粒和污染物含量；创新高通量技术，用于测量微电子材料物理特性；评估和关联材料供应基础设施的属性数据，以支持构建相应标准并保证来源；标准参考材料，用于痕量杂质检测和材料热物理性质的参考数据；详细版本的分析证书等文件标准，以帮助制造商通过供应链跟踪材料。

2、面向未来微电子制造业的先进计量学。为确保关键计量技术的进步与未来的尖端微电子和半导体制造业保持同步，同时保持美国的竞争优势，报告建议推进物理和计算计量工具的开发，以适应具有先进复杂集成技术和系统的下一代制造。包括6个研究方向：新材料和器件的特性，如全环绕栅极晶体管、互补型场效应晶体管等；表面、掩埋特征、界面和设备的物理特性表征，以提高分辨率、灵敏度、准确性和处理量；快速、高分辨率和非破坏性技术，用于表征缺陷和杂质并将其与性能和可靠性相关联；半导体制造流程相关数据的评估和相关性分析；工艺设计、开发和控制标准，如参考材料和文件标准；罕见但灾难性缺陷的统计分析。

3、实现先进封装中集成组件的计量。为改进高效建模和模拟未来半导体材料、工艺、器件、电路和微电子系统设计所需的工具，报告建议发展精密组件和新材料复杂集成的计量学，以支持美国先进微电子封装行业。包括5个研究方向：界面和地下互连以及内部3D结构的原位测量、快速测量和验证方法；薄膜、表面、掩埋特征和界面的物理特性；部件集成的机械测量方法；封装流程相关数据的评估和相关性分析；封装标准。

4、半导体材料、设计和组件的建模和模拟。为改进高效建模和模拟未来半导体材料、工艺、器件、电路和微电子系统设计所需的工具，报告建议使用多物理模型和人工智能、数字孪生等下一代概念创建高级设计模拟器，为美国微电子设计师提供支持。包括4个研究方向：多物理模型，将热力学、物理、化学、机械以及能耗等参数纳入考量；在广泛的温度、偏置和频率范围内测量材料、成分和电路特性，作为上述模型的输入和验证；使用机器学习、人工智能等先进分析方法在真实环境中复杂的材料和系统运行进行模拟和优化；评估系统不确定性的方法。

5、半导体制造过程的建模与仿真。无缝建模和计算整个半导体制造过程（从材料输入到芯片制造、系统组装和最终产品）是目前面临的重大挑战之一。报告建议开发先进的计算模型、方法、数据、标准、自动化和工具，使美国半导体制造商能够提高产量、加快上市时间并增强竞争力。包括4个研究方向：数据分析、建模和验证工具，用于高效开发和优化工艺流程；用于自动化和虚拟化的标准、协议和标准数据；支持数据孪生的标准和测量方法；使用机器学习、人工智能等先进分析方法对复杂的制造加工、开发、集成以及自动化进行模拟和优化。

6、微电子新材料、工艺和设备的标准化。为实现将支持和加速微电子、先进信息和通信技术的开发和制造的方法标准化，报告建议为下一代材料、工艺和设备创建标准、验证工具和协议，以加速美国行业的创新和增强成本竞争力。包括2个研究方向：标准参考材料、数据、仪器、校准以及测试服务，产品开发工具包以及多元化的通用方法；来自不同供应商的交互设备标准和软件标准，以保护整个供应链的知识产权、来源和数据完整性。

7、加强微电子元件和产品的安全性和来源的计量。为实现计量方法的进步，以提高供应链中微电子组件和产品的安全性和来源并提供保证，报告建议采用全面的硬件安全保护方法，包括标准、协议、正式测试流程和先进的计算技术，同时为整个供应链和最终产品的微电子组件的保证和来源提供渠道。包括4个研究方向：方法、参考设计套件和指南，用于安全分析和自动化；全生命周期弱点管理，如正式测试和流程用于独立验证、材料和成分追踪等；硬件安全和来源的文件标准；在整个半导体价值链中开发和使用可信的新兴技术，如机器学习、人工智能。 （董金鑫）