Tension sur le marché des produits chimiques pour semi-conducteurs.
Depuis le début de la crise sanitaire, tension : les semi-conducteurs sont en pénurie partout dans le monde. Même si ce scenario avait été prédit en 2008, les fabricants du monde entier n’ont pas su anticiper ce qui 10 ans après deviendrait la crise majeure des composants électroniques impactant ainsi de nombreux secteurs dont l’industrie automobile.
Jusqu’à présent la pénurie concernait la production de semi-conducteurs, aujourd’hui c’est au-delà qu’est le problème puisque ce sont les produits chimiques permettant de produire les semi-conducteurs qui se tarissent.
Voyons ensemble un peu plus en détail ce qu’il en est.
Qu’est-ce qu’un semi-conducteur ?
Un semi-conducteur est un matériau qui est à la fois un isolant, mais qui peut toutefois conduire l’électricité.
Plus précisément, un semi-conducteur est un composé chimique solide. Il permet de conduire l’électricité dans certaines conditions mais pas dans d’autres, ce qui en fait un bon moyen de contrôler un courant électrique.
Ses propriétés électriques lui permettent à la fois d’être conducteur (comme les métaux) et isolant.
Il est également un chauffant, éclairant (principe du panneau photovoltaïque) ou en le soumettant à une tension électrique, celui-ci devient conducteur.
Ses nombreuses propriétés constituent la base de toute l’informatique moderne et fait fonctionner tous nos appareils informatiques, notamment les objets connectés.
On retrouve principalement les semi-conducteurs dans les appareils électroniques, comme les ordinateurs pour en éviter la surchauffe, les tablettes ou les smartphones. Ils entrent également en compte dans la fabrication de radios à transistor, téléviseurs, consoles de jeux vidéo, matériel médical, etc.
Mais les principaux secteurs d’application des semi-conducteurs sont l’industrie 4.0, l’aéronautique et l’automobile.
Les semi-conducteurs répondent aux changements de mode de consommation et des technologiques actuels dans de nombreuses industries répondant ainsi à des besoin d’électrification, de numérisation, de connectivité ou encore l’intelligence artificielle (IA).
D’ailleurs l’industrie mondiale des semi-conducteurs a atteint un chiffre d’affaires annuel record de plus de 500 milliards USD.
Avec un tel marché des semi-conducteurs en en pleine croissance et des implications stratégiques importantes, les fournisseurs de produits chimiques sont en tension concernant la demande soulignant ainsi l’importance de ces composants dans la technologie moderne.
Quels matériaux et produits nécessaire à la production de semi-conducteurs :
Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé commercialement, du fait de ses bonnes propriétés, de son abondance naturelle et de son coût de mise en œuvre économique. On peut toutefois en citer quelques autres : le germanium, l’arséniure de gallium ou le carbure de silicium.
Plusieurs grandes étapes sont nécessaires dans la fabrication des composants électroniques : de la création des fameuses « galettes » de silicium dans les salles blanches à l’assemblage final des cartes électroniques, et la livraison au client (équipementier, constructeur…), il peut s’écouler jusqu’à 6 mois.
Les principaux fournisseurs de semi-conducteurs sont :
- Intel (IDM) : USA
- Samsung (IDM) : Corée du Sud
- TSMC (Fondeur) : Taïwan
- SK Hynix (IDM) : Corée du Sud
- Micron (IDM) : USA
- Qualcomm (Fabless) : USA
- Broadcomm (Fabless) : USA
- Nvidia (Fabless) : USA
- Texas Instrument (IDM) : USA
- Infineo (IDM) : Allemagne
- ST Microelectronics (IDM) : France
La fabrication de ces circuits nécessite de multiples processus physico-chimiques, comme photolithographie, la passivation, l’oxydation thermique, le dopage, la métallisation et la gravure, étapes au cours desquelles le circuit est réalisé pas à pas sur un disque de matériau semi-conducteur, appelé le wafer.
Par conséquent un certain nombre de produits chimiques entrent dans le processus de fabrication et ces produits sont en tension actuellement ralentissant ainsi un peu plus la production de semi-conducteurs.
Semi-conducteurs et produits chimiques, la tension :
L’industrie chimique est un fournisseur essentiel pour la fabrication des semi-conducteurs considérant le fait qu’elle représente un chiffre d’affaires de 48 milliards de dollars dans le secteur des semi-conducteurs,
D’ailleurs les fournisseurs de produits chimiques pour semi-conducteurs ont connu des marges et une croissance élevées grâce à la demande s’étant envolée avec la crise sanitaire (6 % par an) et surtout à l’augmentation constante de la pureté des produits chimiques et des spécifications requises.
Cela a pour conséquence non seulement de limiter le nombre de fournisseurs de produits chimiques à quelques entreprises nord-américaines, européennes et japonaises hautement sophistiquées mais aussi à changer les implications stratégiques importantes pour les fournisseurs de produits chimiques notamment la course vers les plus petits nœuds.
L’industrie des semi-conducteurs utilise des produits chimiques liquides dans bon nombre d’applications telles que la fabrication des puces et la croissance des cristaux. Les exigences de production de cette industrie High Tech imposent l’installation massive de salles blanches pour les différents processus de fabrication et de traitements dont chimiques.
La chimie humide est une des étapes technologiques les plus importantes dans la réalisation des dispositifs.
La chimie des semi-conducteurs s’articule principalement autour du traitement chimique par solvants et l’attaque acido-basique des semi-conducteurs. La tension concerne plusieurs produits.
- Chimie des solvants : les principaux produits chimiques utilisés lors de cette phase sont le trichloroéthylène, l’acétone, l’isopropanol mais également d’autres alcools comme par exemple l’éthanol dénaturé. Les applications typiques sont le nettoyage, le dégraissage des semi-conducteurs et le retrait des résines résiduelles (acétone).
- Chimie des acides et des bases : les agents chimiques acides utilisés peuvent être l’acide sulfurique, nitrique, orthophosphorique, chlorhydrique, bromhydrique ou bien encore citrique. Les solutions réalisées associent parfois une base (oxydant le semi-conducteur) à un acide (attaquant cet oxyde) : peroxyde d’hydrogène, hydroxyde d’ammonium (comme le TMAH), hydroxyde de sodium ou hydroxyde de potassium (principalement utilisé pour l’attaque de silicium).
A noter que les acides et bases sont principalement utilisés pour réaliser des attaques de semi-conducteurs ou pour effectuer des préparations (désoxydation) et régénérations de surface.
Certains acides utilisés peuvent parfois être corrosifs et toxiques comme l’acide fluorhydrique, le TMAH, les mélanges contenant de l’iode, du brome ou des ions bromure.
Dans l’industrie électronique et en particulier des semi-conducteurs, l’acide fluorhydrique est le produit clé dans la fabrication de composants à base de silicium. Sa capacité à attaquer l’oxyde de silicium et à le transformer en composé soluble est à la base de nombreuses applications pour le nettoyage et la gravure. L’acide fluorhydrique est utilisé en association avec l’acide nitrique pour graver de la silice en mélange avec une solution de fluorure d’ammonium, et également dilué en tant qu’agent de nettoyage et également pour retirer les oxydes résiduels.
Produits chimiques et nœuds des semi-conducteurs :
La crise actuelle des semi-conducteurs a remis l’accent sur le besoin de capacité dans les nœuds les plus anciens. L’industrie automobile et de nombreuses applications industrielles dépendent encore d’architectures électroniques beaucoup plus anciennes. Ce parti pris se traduit par une dépendance beaucoup plus forte à l’égard des semi-conducteurs « next-to-leading », voire « legacy », pour les contrôleurs, l’électronique de puissance et les capteurs automobiles.
Seuls quelques acteurs de pointe, comme TSMC et Samsung, continuent de s’intéresser aux nœuds plus petits au-delà de 5 nm.
Ces acteurs ont besoin d’une innovation continue en matière de produits chimiques et de matériaux pour permettre les niveaux de précision plus élevés requis par ces plus petits nœuds.
Le coût des défauts dans les processus de fabrication est si élevé que ces clients continuent à définir et à vérifier directement les spécifications des produits chimiques et des matériaux.
Cela dit, les exigences en matière de pureté des produits chimiques ne continueront peut-être pas à augmenter, car dans de nombreux cas, les niveaux de pureté « cinq 9 » (99,999 %+) des produits chimiques dépassent de loin la pureté des autres composants du processus de fabrication des semi-conducteurs.
Pour réduire la contamination, d’autres composants tels que la tuyauterie et l’équipement de manutention, les gaz industriels et la métallurgie des chaînes de montage doivent rattraper les normes proposées par les principaux fournisseurs de produits chimiques dans ce domaine. La tension des semi-conducteurs est à son comble.
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