Pénurie mondiale de plaquettes et contre-mesures

Ces dernières années, l'offre et la demande mondiales de plaquettes sont déséquilibrées et la pénurie de plaquettes de 200 mm se poursuivra pendant plusieurs années. Les cinq plus grands producteurs mondiaux de plaquettes - le japonais SEH, Sumco, l'allemand Siltronic, le taïwanais GlobalWafter et le sud-coréen SK Siltron - ont investi des milliards de dollars dans de nouveaux équipements pour les plaquettes au cours de l'année écoulée et représentent 90 % du marché. Les usines de production de plaquettes ne devraient pas démarrer leur production avant 2024. Aujourd'hui, les radars automobiles, les MEMS pour les appareils électroménagers, les téléphones mobiles 5G, etc., qui utilisent un grand nombre de puces constituées de plaquettes de 200 mm, ont une production faible et une fabrication complexe. La fabrication de plaquettes n’est cependant pas régie par la loi de Moore.

En raison de la forte demande actuelle de plaquettes de 300 mm, la capacité relative est limitée et le prix des plaquettes a augmenté. Selon Dan Tracy, directeur des études de marché chez Techcet, les expéditions de tranches ont augmenté de 14 % en 2021. Les expéditions de tranches de 300 mm ont dépassé 13 % et les expéditions de tranches de 200 mm ont dépassé 15 %. Les expéditions totales devraient augmenter d’environ 6 % en 2022.

Les revenus du marché global du silicium (y compris les plaquettes SOI) ont augmenté de 14,5 % et augmenteront encore de 10 % en 2022, pour culminer à 15,5 milliards de dollars. C'est la première fois depuis plus de 10 ans que l'industrie des plaquettes réalise deux années consécutives de croissance à deux chiffres. Toutefois, cette augmentation était principalement due à la hausse des prix des plaquettes, plutôt qu'à une augmentation de la production de produits autres que les plaquettes. La demande de tranches de 300 mm en 2022 sera d’environ 7 200 tranches par mois (wpm). Mais jusqu’en 2024, même en fonctionnant à 100 %, la capacité totale de production de tranches de 300 mm sera inférieure d’environ 10 % à la demande. En conséquence, certains clients ont été attribués, notamment des fournisseurs de second rang. Dans le même temps, les puces à base de plaquettes de carbure de silicium (SiC) à petite échelle et à croissance rapide ne manquent pas. Mais si la demande évolue comme prévu, une pénurie de plaquettes s’annonce également. Les deux plus grands fournisseurs de plaquettes, le japonais SEH et Sumco, représentent ensemble plus de 50 % du marché.

L'activité visant à investir massivement dans la capacité de production de tranches de 300 mm est en cours, mais malgré cela, la demande continuera de dépasser l'offre et l'offre restera probablement insuffisante dans les années à venir. Les exigences en matière de plaquettes de 300 mm sont diverses. Il ne s'agit pas seulement des smartphones. Cela comprend également les centres de données, les automobiles, les ordinateurs personnels, l’intelligence artificielle, les produits industriels, les biens de consommation, etc. Les smartphones restent un moteur important des tranches de 300 mm, mais la demande pour davantage de puces pour centres de données et automobiles augmente à mesure que l'industrie évolue.

GlobalWafers, le troisième fournisseur mondial de plaquettes, avait prévu d'acquérir Siltronic. L’accord devait initialement être conclu en janvier 2022, mais a déraillé après l’échec de l’approbation du gouvernement. GlobalWafers a déclaré que les quelque 5 milliards de dollars mis de côté pour l'acquisition de Siltronic seront utilisés pour l'expansion de la capacité. Dans le même temps, Siltronic fonctionne à pleine capacité et continue de poursuivre son investissement de 2 milliards d'euros dans sa nouvelle usine de fabrication de 300 mm « FabNext » à Singapour. L'usine de Fribourg de Siltronic en Allemagne construit un nouvel atelier de production de cristaux, et la société sud-coréenne SK Siltron investit également massivement dans la fabrication de plaquettes de 300 mm. En mars 2022, l'entreprise a annoncé un investissement d'environ 1,2 milliard de dollars pour construire une usine de fabrication dans le parc industriel national 3D de Fumei.

Le marché des tranches de 300 mm est en pénurie et pourrait légèrement se ralentir en 2024. Mais les tranches de 200 mm continueront à être rares. Ajit Manocha, président et directeur général de SEMI, a déclaré : « Les fabricants de plaquettes ajouteront 25 nouvelles lignes de production de 200 mm sur une période de cinq ans pour répondre à la demande croissante d'applications telles que la 5G, l'automobile et les appareils Internet des objets (IoT). Les appareils s'appuient sur des dispositifs tels que des circuits intégrés (ics) analogiques, de gestion de l'alimentation et de pilote d'affichage, des MOSFET, des unités de microcontrôleur (MCUS) et des capteurs. Bien que le fournisseur finlandais de plaquettes Oketic ait annoncé une augmentation de sa capacité de production de plaquettes de 200 mm, cela ne suffit toujours pas à répondre aux besoins du marché. Les clients d'Oketic utilisent ses plaquettes pour les puces des smartphones, les appareils portables, l'électronique automobile, le contrôle des processus industriels et les applications médicales, l'Internet des objets et diverses solutions visant à améliorer la consommation d'énergie et l'efficacité. SEMI rapporte que les usines de fabrication représenteront cette année plus de 50 % de la capacité mondiale de fabrication de 200 mm, les usines de fabrication analogiques 19 % et les usines de fabrication discrètes/de puissance 12 %. Sur une base régionale, la Chine sera en tête du monde en 2022 avec une part de 21 % des 200 millions de mètres cubes de capacité, suivie par le Japon avec 16 %, Taiwan et l'Europe/Moyen-Orient avec 15 % chacun. Quant à la pénurie de plaquettes de 200 mm, Samuel T. Wang, vice-président de la recherche, de la technologie et des fournisseurs de services chez Gartner, a conclu : « Il n'y a pas de fin en vue ». "La Chine pourrait être la seule solution".

À l'heure actuelle, au moins une douzaine de fournisseurs de plaquettes en Chine ont connu une croissance rapide et fixent des objectifs agressifs à leurs fournisseurs de plaquettes. Bien que la qualité doive être améliorée, il existe déjà des fournisseurs proposant des tranches de 200 mm et 300 mm adaptées à la production en 90 nm. Ils comprennent ESWIN, Hangzhou Semiconductor Wafer Co., LTD. (qui fait partie du Nippon Steel Group), NSIG (National Silicon Industry Group), qui est un investisseur dans Soitec, oketic, ZingSemi et Simgui, ce dernier collabore avec Soitec pour produire des plaquettes RF-SOI, etc.), Chongqing Advanced Silicon Technology Co ., LTD. (« AST ») et Nanjing Guosheng Electronics Co., LTD.

Ce que la Chine dirige réellement, c’est le secteur des semi-conducteurs composés. Les plaquettes de carbure de silicium (SiC) sont utilisées sur le marché des applications électriques et il pourrait y avoir actuellement une certaine pénurie d'approvisionnement. Les plaquettes de carbure de silicium sont beaucoup plus lentes, plus gourmandes en énergie et plus coûteuses à fabriquer que les plaquettes de silicium. Les tranches de SiC (lingots) mettent généralement des semaines à croître dans des fours deux fois plus chauds que les tranches de silicium, ne produisent qu'environ 50 tranches par tranche, présentent des pertes de rendement de l'ordre de 30 % et coûtent 20 à 50 fois plus que les tranches de silicium. Mais en raison de la promesse des puces SiC pour résoudre l’anxiété liée à l’autonomie des véhicules électriques (et d’autres défis liés à l’énergie), le SiC est actuellement une source de concurrence croissante. À cette fin, Wolfspeed, leader du SiC, vient d'ouvrir la plus grande usine de carbure de silicium au monde dans le nord de l'État de New York et agrandit son usine de matériaux en Caroline du Nord. Dans le même temps, le fabricant de plaquettes SOI Soitec développe activement la technologie Smart Cut pour obtenir 10 fois plus de plaquettes à partir de plaquettes SiC que ce qui est actuellement possible. La première production de leur nouvelle usine de plaquettes est attendue au second semestre 2023.

Lorsqu’il y a une grave pénurie dans l’industrie des puces, tous les secteurs peuvent en ressentir la pénurie. Les entreprises stockent des équipements, des matériaux et même des équipements de fabrication. Ce n’est qu’une fois que l’industrie des puces aura bouclé la boucle de l’ensemble de l’écosystème que des négociations sérieuses et productives pourront enfin avoir lieu. Tous les acteurs de la chaîne d’approvisionnement bénéficient de la visibilité et de la confiance dont ils ont besoin pour profiter les uns des autres. Autrement, l’industrie risque de sombrer dans une crise qui s’aggrave.

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