Les plaquettes de silicium semi-conducteur servent d'éléments constitutifs fondamentaux de l'industrie électronique, formant le substrat essentiel pour environ 90 % de toutes les puces produites dans le monde. Ces disques de silicium cristallin ultra-purs et minces constituent la base physique sur laquelle sont construits les circuits intégrés et les dispositifs à semi-conducteurs, ce qui les rend indispensables à la technologie moderne.

Le processus de fabrication des plaquettes de silicium implique la transformation des matières premières en substrats hautement techniques grâce à des processus sophistiqués, notamment la purification, la croissance cristalline et l'usinage de précision, ce qui donne des produits qui déterminent directement les performances et le rendement des dispositifs à semi-conducteurs finaux.

La production de plaquettes de silicium semi-conducteur représente l'un des processus de fabrication les plus précis de l'industrie moderne. Elle commence par la purification du silicium brut en silicium polycristallin de qualité électronique, ce qui nécessite des niveaux de pureté exceptionnels atteignant 99,999999999 % (11N) pour les applications avancées.

Les étapes de fabrication critiques comprennent :

• Croissance cristalline: Utilisation de méthodes telles que le procédé Czochralski pour produire des lingots de silicium monocristallin avec des orientations cristallines spécifiques

• Découpe des plaquettes: Découpe de précision des lingots en plaquettes minces à l'aide d'équipements spécialisés tels que des scies à fil diamanté

• Traitement de surface: Meulage, polissage et gravure chimique pour obtenir une planéité de surface au niveau atomique

• Nettoyage et inspection: Contrôle qualité rigoureux pour éliminer les contaminants et les défauts

La concurrence technique dans la fabrication avancée de plaquettes se concentre principalement sur la pureté et l'uniformité. Les leaders internationaux ont obtenu une cohérence remarquable dans des paramètres tels que les fluctuations de la teneur en oxygène (maintenues en dessous de <5 ppm), tandis que les fabricants nationaux sont toujours confrontés à des défis pour obtenir une uniformité comparable dans des paramètres critiques tels que l'épaisseur de la couche épitaxiale pour les plaquettes de 12 pouces, où les écarts doivent être maintenus en dessous de 1 % pour les applications haut de gamme.

Les plaquettes de silicium sont principalement classées par diamètre, chaque taille desservant des segments de marché et des applications technologiques distincts :

• Applications principales: Semi-conducteurs de puissance (diodes, thyristors), électronique grand public avec des exigences de processus moins strictes et circuits de commande de base pour les applications industrielles

• Position sur le marché: Progressivement supprimées pour les applications grand public, mais conservant des utilisations de niche dans des dispositifs discrets spécifiques

• Applications principales:

  • Électronique automobile (systèmes de transmission, contrôle de la carrosserie, composants ADAS)

  • Automatisation industrielle (capteurs, contrôleurs)

  • Dispositifs de puissance (MOSFET, IGBT)

  • Pilotes d'affichage, capteurs d'empreintes digitales et circuits analogiques

• Tendances du marché: Demande soutenue des secteurs automobile et industriel, avec de nouvelles installations de production en développement pour répondre aux besoins spécifiques du marché

• Applications principales:

  • Puces logiques avancées (CPU, GPU, processeurs de smartphones)

  • Puces mémoire (DRAM, mémoire flash NAND)

  • Intelligence artificielle, informatique haute performance et infrastructure cloud

  • Capteurs d'image avancés et processeurs spécialisés

• Tendances du marché: Segment de croissance le plus élevé, tiré par la demande de puissance de calcul, avec les principaux fabricants qui augmentent leur capacité de production à l'échelle mondiale

Le marché des plaquettes de silicium semi-conducteur connaît une divergence structurelle dans différents segments. Alors que le marché des plaquettes de 12 pouces continue de démontrer une croissance robuste tirée par les applications logiques et mémoire avancées, les segments des plaquettes de 6 pouces et de plus petite taille sont confrontés à des pressions d'ajustement en raison de l'affaiblissement de la demande d'électronique grand public.

Les principaux développements du marché comprennent :

• Extension de capacité: Les principaux fabricants mondiaux investissent massivement dans les installations de production de plaquettes de 12 pouces, avec de nouvelles usines qui devraient être mises en service d'ici 2025

• Facteurs géopolitiques: Les considérations relatives à la chaîne d'approvisionnement influencent les décisions de localisation de la fabrication, avec une diversification accrue des investissements entre les régions

• Feuilles de route technologiques: Progression continue vers des diamètres plus grands et des plaquettes épitaxiales plus sophistiquées pour répondre aux exigences des nœuds semi-conducteurs en évolution

Le marché mondial des plaquettes épitaxiales en silicium devrait atteindre 10,9 milliards de dollars d'ici 2025, ce qui reflète l'importance cruciale de ces substrats avancés pour les dispositifs à semi-conducteurs de nouvelle génération.

L'industrie chinoise des plaquettes de silicium semi-conducteur a réalisé des progrès notables, en particulier dans la technologie des plaquettes de 8 pouces, où les capacités nationales se rapprochent de plus en plus des normes internationales. Le pays a démontré sa capacité à établir rapidement des installations de fabrication avancées, certains projets atteignant la capacité de production dans les 16 mois suivant le début des travaux.

Cependant, des lacunes technologiques subsistent dans le segment des plaquettes de 12 pouces les plus avancées, où les paramètres, notamment la pureté, les spécifications géométriques (épaisseur, planéité, courbure, gauchissement), le nombre de particules de surface, les résidus métalliques et l'uniformité du dopage, présentent des défis importants.

La trajectoire de développement future des plaquettes de silicium semi-conducteur continue de mettre l'accent sur des diamètres plus grands, une pureté plus élevée et des spécifications de plus en plus spécialisées pour soutenir les technologies émergentes, notamment l'intelligence artificielle, les véhicules électriques et l'infrastructure de communication de nouvelle génération. Cette progression garantit que les plaquettes de silicium conserveront leur rôle fondamental dans l'écosystème électronique mondial dans un avenir prévisible.

Tableau : Applications des plaquettes de silicium semi-conducteur par taille