Les fournisseurs japonais de matériaux se développent pour répondre à la demande de puces de 2 nm

Une nouvelle course au 2 nm et l’importance des matériaux

Les développeurs japonais de matériaux pour semi-conducteurs accélèrent leur expansion alors que les fabricants mondiaux de puces se préparent à produire en masse des puces logiques de 2 nm. La course à la miniaturisation est portée par la demande liée à l’intelligence artificielle, au calcul haute performance et aux systèmes automobiles avancés. Les matériaux constituent le socle méconnu de cette transition. Chaque plaquette, résine photosensible, solvant, gaz, adhésif et résine doit respecter des tolérances plus strictes, des normes de pureté plus élevées et une uniformité supérieure à celles des générations précédentes. Les fournisseurs japonais, réputés depuis longtemps pour leur qualité et leur précision, y voient une occasion de se développer.

Pour le 2 nm, les principaux fabricants de puces adoptent des transistors à grille entourant le canal (GAA) et des architectures de puces plus complexes. La technologie GAA améliore le contrôle du flux de courant dans les transistors, ce qui contribue à réduire les fuites et la consommation d’énergie à très petite échelle. Ces conceptions nécessitent des résines photosensibles adaptées à la lithographie à ultraviolet extrême (EUV), des acides et solvants de haute pureté, des plaquettes de silicium ultra-plates et des matériaux d’encapsulation spécialisés. Chaque étape dispose d’une fenêtre de procédé étroite : la régularité des matériaux est donc un facteur déterminant pour le rendement.

Les investissements des fournisseurs japonais visent à accompagner ce tournant. Tokyo Ohka Kogyo prévoit un nouveau complexe de résines photosensibles et de produits chimiques de haute pureté près de Séoul afin de soutenir les principales fonderies d’Asie. Adeka modernise ses équipements pour les produits chimiques destinés aux semi-conducteurs avancés. Shin-Etsu Chemical et SUMCO, deux grands fournisseurs de plaquettes, qui représentent ensemble une part importante du marché des plaquettes de silicium de 300 mm, adaptent leurs substrats pour atteindre la planéité accrue et la plus faible densité de défauts qu’exige la mise en forme du 2 nm. Parallèlement, la demande de matériaux d’encapsulation augmente, car les fabricants de puces associent processeurs et mémoires à large bande passante dans des configurations denses pour les systèmes d’IA. Ces initiatives s’inscrivent dans le calendrier du secteur : TSMC, Samsung et Intel développent de nouvelles générations de nœuds, tandis que Rapidus vise à lancer une production de 2 nm au Japon d’ici la fin de la décennie.

Qui investit et où les capacités augmentent

Les dépenses d’investissement des entreprises japonaises de matériaux couvrent désormais les étapes amont et aval de la fabrication des puces. À court terme, l’objectif est de répondre à la première vague de production de puces de 2 nm dans les fonderies étrangères, tout en préparant la nouvelle demande intérieure de Rapidus et d’autres projets au Japon. Ces investissements reflètent la volonté plus générale du pays de retrouver un rôle central dans les semi-conducteurs avancés en misant sur ses points forts, notamment les matériaux et les équipements.

Résines photosensibles et produits chimiques de haute pureté

Tokyo Ohka Kogyo, leader mondial des résines photosensibles, prévoit un nouveau site près de Séoul comprenant une usine de résines EUV et une usine de produits chimiques de haute pureté. L’exposition EUV utilise une longueur d’onde lumineuse très courte : la résine doit donc allier une sensibilité élevée à une faible rugosité des bords de ligne et à une contamination minimale. Le contrôle du procédé ne tolère aucun écart à 2 nm, ce qui relève les exigences en matière de formulation des résines et de traitements après application. Les entreprises augmentent également leurs capacités de production de révélateurs, de solutions de décapage et de produits chimiques de nettoyage, car chaque rinçage supplémentaire ou trace métallique peut affecter les performances du dispositif.

Plaquettes, boues de polissage et gaz spéciaux

Shin-Etsu Chemical et SUMCO fournissent une grande part des plaquettes de 300 mm utilisées dans le monde, et leurs produits sont essentiels à la précision lithographique des nœuds avancés. À 2 nm, la planéité des plaquettes, le contrôle des particules et la perfection cristalline doivent encore progresser, aussi bien pour la mise en forme côté face avant que pour les procédés côté face arrière à l’étude. Les consommables, comme les boues de polissage mécano-chimique, évoluent en parallèle afin d’assurer des taux d’enlèvement uniformes sur des motifs plus denses. Les gaz spéciaux utilisés pour le dépôt et la gravure doivent eux aussi atteindre une pureté plus élevée, pour éviter toute interaction susceptible de perturber les structures GAA.

Les matériaux d’encapsulation au premier plan

Avec la hausse de la puissance des puces et de la bande passante mémoire, l’encapsulation avancée devient un levier de performance. Des entreprises japonaises comme Ajinomoto Fine-Techno, connue pour ses films de substrat ABF, Resonac, Nissan Chemical, Sumitomo Bakelite et Namics développent leurs activités dans les matériaux de remplissage, les résines d’encapsulation, les adhésifs de collage temporaire et les résines destinées à maîtriser le gauchissement. La collaboration JOINT2, qui réunit des spécialistes des matériaux, Rapidus et le Centre japonais des technologies des semi-conducteurs de pointe, travaille sur des procédés d’encapsulation 3D qui maintiennent l’alignement et la stabilité thermique des puces. Les outils de précision des fabricants japonais accompagnent cette évolution : l’encapsulation relève à la fois d’un défi lié aux matériaux et d’une discipline d’ingénierie.

Au cœur du défi du 2 nm

Passer des nœuds de pointe actuels au 2 nm ne consiste pas simplement à réduire la taille du motif. La technologie GAA modifie la géométrie des transistors en entourant les nanofeuilles ou les nanofils d’une grille. Le contrôle de cette dernière s’en trouve amélioré, ce qui permet de préserver les performances à très petite échelle. Cette technologie exige aussi une sélection rigoureuse des diélectriques à haute constante diélectrique, des grilles métalliques et des métaux servant à régler le travail de sortie, ainsi qu’un environnement de salle blanche extrêmement exigeant. La moindre trace de contamination peut modifier les tensions de seuil ou créer des chemins de fuite.

La lithographie EUV est un autre pilier. Les motifs de 2 nm nécessitent des étapes de multipatterning plus complexes, et les futurs outils EUV à grande ouverture numérique amélioreront encore la résolution. Les exigences augmentent ainsi pour la chimie des résines, les recettes de recuit après exposition et l’inspection des défauts. Les résines photosensibles doivent trouver un équilibre entre sensibilité, résolution et rugosité, tout en limitant les défauts stochastiques. Les solvants et solutions de rinçage utilisés avec ces résines ne doivent ni graver ni faire gonfler les motifs fragiles.

L’encapsulation est désormais un choix fondamental dès la conception. Les accélérateurs d’IA associent des puces de calcul à des empilements de mémoires à large bande passante grâce aux techniques 2,5D et 3D. Interposeurs, microbilles de connexion, piliers de cuivre et vias traversant le silicium imposent de nouvelles exigences aux adhésifs, aux films de fixation des puces et aux matériaux d’interface thermique. Ces composés maîtrisent les contraintes, réduisent le gauchissement et évacuent la chaleur des assemblages denses. Les objectifs de performance du 2 nm ne pourront être atteints sans matériaux d’encapsulation fiables, capables de résister aux cycles thermiques et de durer longtemps.

Rapidus, le soutien de l’État et l’écosystème national

Rapidus est au cœur du projet japonais de produire des puces de 2 nm sur le territoire national. L’entreprise a lancé une production pilote à Chitose, sur l’île de Hokkaido, en avril 2025 et a démontré avec ses partenaires des éléments clés de dispositifs GAA de 2 nm. Elle vise à fournir des échantillons à ses clients après des séries de prototypes, puis à lancer la production de masse en 2027. Le gouvernement s’est engagé à lui apporter plus de 1 700 milliards de yens de soutien et a créé de nouveaux mécanismes d’investissement et de garantie des prêts. Les responsables politiques ont également prévu des garde-fous, notamment des conditions liées aux financements publics afin de protéger les technologies clés et la gouvernance d’entreprise.

Le président de Rapidus, Atsuyoshi Koike, a décrit en termes simples l’ampleur de la tâche. Il a souligné que l’apprentissage du rendement et la fiabilité constituaient les principaux obstacles à une production stable à grande échelle.

La mise au point d’une technologie de production de masse est extrêmement difficile ; la validation des rendements et la garantie de la fiabilité constituent des obstacles majeurs.

Les enjeux dépassent le cadre d’une seule entreprise. Si le Japon ne parvient pas à ancrer sur son territoire une production de puces logiques de pointe, les fournisseurs d’équipements et de matériaux risquent davantage de déplacer leurs capacités à l’étranger pour suivre leurs clients. C’est pourquoi le projet Rapidus est conçu comme une plateforme pour l’ensemble de l’écosystème, avec des développements conjoints dans les matériaux, la métrologie, la lithographie et l’encapsulation. L’entreprise expérimente un procédé de traitement par plaquette unique ou par lots afin d’accélérer les retours d’expérience et de raccourcir les cycles d’apprentissage. Elle développe aussi une approche intégrée couvrant les étapes amont et aval, dans le but d’accélérer les délais de livraison aux clients de marchés de niche.

Les compétences restent un facteur limitant. Rapidus a envoyé des ingénieurs dans les laboratoires de ses partenaires pour les former aux procédés avancés, tout en recrutant au Japon et à l’étranger. Les entreprises de matériaux font de même : elles constituent des équipes près des usines de leurs clients au Japon et en Corée afin d’accompagner les essais rapides et d’ajuster les procédés sur site.

Les acteurs mondiaux au Japon et l’appel d’air pour les fournisseurs locaux

La forte croissance du secteur japonais des matériaux est liée à l’implantation de nouvelles capacités de production dans le pays. La filiale de TSMC à Kumamoto se développe avec une deuxième usine, ce qui accroît les besoins régionaux en plaquettes, produits chimiques et résines photosensibles. L’approvisionnement local réduit les délais et améliore le contrôle qualité, des atouts précieux pour la montée en cadence des nouveaux nœuds.

Samsung renforce également sa présence. L’entreprise prévoit d’ouvrir un centre de recherche sur l’encapsulation avancée à Yokohama afin d’améliorer les connexions entre processeurs et mémoires pour les charges de travail liées à l’IA. Le laboratoire travaillera avec des fournisseurs japonais de matériaux et d’équipements ainsi qu’avec des universités, renforçant les liens entre recherche, lignes pilotes et production commerciale. Pour des spécialistes de l’encapsulation comme Namics et Resonac, la proximité d’un vaste programme de R&D client offre une voie directe vers le développement conjoint de nouveaux matériaux de remplissage, de films de fixation des puces et de résines à faible gauchissement.

Ces investissements font du Japon une plateforme plus solide pour les matériaux avancés, alors même que la production de plaquettes de 2 nm reste répartie dans plusieurs régions. Les fonderies du monde entier continueront de dépendre des plaquettes, résines photosensibles et consommables japonais. La combinaison d’une demande étrangère et de nouveaux pôles de production nationaux élargit la base de clientèle des fournisseurs locaux.

Ce que le 2 nm change pour l’IA, l’automobile et la consommation d’énergie

Les charges de travail liées à l’entraînement et à l’inférence de l’IA poussent les centres de données aux limites de leur capacité électrique et de refroidissement. Les puces de 2 nm, associées à l’encapsulation avancée et aux mémoires à large bande passante, visent à effectuer davantage de calculs par watt. Elles pourraient ainsi réduire les factures énergétiques et l’empreinte carbone des opérateurs de services cloud, tout en permettant de faire fonctionner des modèles plus grands et d’accélérer l’inférence pour les utilisateurs. Dans les appareils en périphérie de réseau, une meilleure efficacité rend possibles davantage de fonctions d’intelligence embarquée pour les robots, les systèmes industriels, les objets connectés et les appareils électroniques domestiques.

Les entreprises automobiles ont besoin d’une puissance de calcul fiable pour les systèmes d’aide à la conduite et les futures fonctions de conduite autonome. Elles ont également besoin de puces capables de résister aux variations de température et de fonctionner sur de longues durées. Les matériaux d’encapsulation et d’interconnexion jouent un rôle central dans cette fiabilité. L’ensemble du secteur japonais, notamment les constructeurs automobiles et les entreprises d’électronique, suit de près les progrès du 2 nm : un accès national aux puces logiques de pointe peut accélérer la co-conception et raccourcir les chaînes d’approvisionnement.

Pour les priorités nationales dans les domaines des communications, de la santé et de la défense, les capacités de production en 2 nm renforcent la résilience. Si la puissance de calcul critique est disponible dans plusieurs régions, les fabricants de systèmes peuvent diversifier leurs sources d’approvisionnement. La spécialisation japonaise dans les matériaux lui donne un poids particulier dans ce modèle multirégional.

Risques, contraintes et réponses des fournisseurs

La montée en puissance du 2 nm comporte des risques connus. Le lancement de nouveaux nœuds s’accompagne souvent d’une volatilité des rendements, de contraintes d’approvisionnement pour les équipements clés et de pressions sur les coûts. Les outils EUV à grande ouverture numérique et les empilements de résines associés doivent permettre de stabiliser les recettes de production. La pénurie d’ingénieurs qualifiés constitue un défi pour l’ensemble du secteur, et la concurrence pour attirer les talents est vive. Le financement est un autre enjeu. Construire une chaîne complète de production en 2 nm nécessite des milliers de milliards de yens d’investissements : plusieurs années de soutien public et d’investissements privés seront donc nécessaires.

Les entreprises de matériaux s’adaptent en prenant plusieurs mesures concrètes. Elles implantent des capacités de production près des usines de leurs clients en Asie et au Japon afin d’accélérer les essais et de permettre des livraisons en flux tendu. Elles investissent dans des produits chimiques plus écologiques, des systèmes de récupération et le traitement de l’eau pour respecter les normes environnementales. Nombre d’entre elles approfondissent leurs partenariats de recherche avec des universités et des centres de R&D afin d’accélérer les ajustements de formulation des résines EUV, des films à faible constante diélectrique et des composés d’encapsulation thermoconducteurs. Certains fournisseurs envisagent des coentreprises pour partager les risques liés aux usines coûteuses.

La concurrence reste mondiale. Les fonderies chinoises développent leur production sur les nœuds matures et pourraient peser sur les prix et les circuits d’approvisionnement en matériaux. Pour les nœuds avancés, TSMC, Samsung et Intel définiront les références de procédé que les fournisseurs de matériaux devront respecter. Les entreprises capables de prouver qu’elles assurent une qualité constante à grande échelle, tout en aidant leurs clients à réduire les défauts et la variabilité, gagneront des parts de marché.

Perspectives pour les matériaux japonais

Le Japon entend reconstruire sa position dans les semi-conducteurs en maîtrisant les maillons clés de la chaîne où il excelle. Les matériaux en sont au cœur. Avec le développement de Tokyo Ohka Kogyo, Adeka, Shin-Etsu, SUMCO, Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Namics et d’autres entreprises, le pays est en mesure d’accompagner la première vague d’usines de 2 nm à l’étranger et les nouvelles capacités nationales. Les objectifs fixés par le gouvernement pour les ventes de semi-conducteurs au Japon d’ici 2030 reposent sur des progrès dans ces deux domaines, avec l’appui d’alliances de recherche et de subventions pour combler les retards.

Parmi les étapes à suivre figurent la maturité des prototypes de Rapidus et ses premiers échanges avec des clients, les nouvelles livraisons de résines EUV et de produits chimiques de haute pureté destinés aux outils à grande ouverture numérique, les avancées en matière de résines et d’adhésifs pour l’encapsulation 3D dans le cadre de JOINT2, ainsi que l’avancement des travaux d’agrandissement de l’usine de TSMC à Kumamoto et du site d’encapsulation de Samsung à Yokohama. Chacun de ces signaux témoigne d’une demande croissante de matériaux japonais.

Le rôle du Japon dans le 2 nm ne dépendra pas d’une seule usine, mais de la fiabilité de son écosystème de matériaux, des plaquettes aux produits chimiques en passant par l’encapsulation. Si les fournisseurs maintiennent leur niveau de qualité et innovent avec leurs clients, ils pourront devenir indispensables à la prochaine étape de la fabrication des puces.

Points clés

• Les fournisseurs japonais de matériaux augmentent leurs investissements pour soutenir la production de puces de 2 nm, en visant à la fois les fonderies étrangères et les nouveaux projets au Japon.
• Tokyo Ohka Kogyo prévoit un nouveau complexe de résines EUV et de produits chimiques de haute pureté près de Séoul, tandis qu’Adeka modernise ses équipements pour les produits chimiques destinés aux puces avancées.
• Shin-Etsu Chemical et SUMCO, qui détiennent ensemble une part importante du marché mondial des plaquettes de 300 mm, adaptent leurs substrats aux tolérances plus strictes du 2 nm.
• Les matériaux d’encapsulation sont un axe de croissance : Ajinomoto Fine-Techno, Resonac, Sumitomo Bakelite, Namics et d’autres investissent dans les matériaux de remplissage, les adhésifs et les résines à faible gauchissement.
• La collaboration JOINT2 associe des acteurs des matériaux à Rapidus et au Centre des technologies des semi-conducteurs de pointe pour développer l’encapsulation 3D des puces de l’ère de l’IA.
• Rapidus a lancé une production pilote en 2025 et vise une production de masse en 2027, avec plus de 1 700 milliards de yens de financements publics et des mesures destinées à protéger les technologies clés.
• TSMC développe ses activités à Kumamoto et Samsung prévoit un centre de R&D sur l’encapsulation à Yokohama, des initiatives qui accroissent la demande locale de matériaux et d’équipements japonais.
• Le 2 nm exige des transistors GAA, des progrès dans les résines EUV et une pureté extrême à chaque étape, ce qui renforce les exigences de régularité des matériaux et de maîtrise des défauts.
• Les risques portent notamment sur l’apprentissage du rendement, la disponibilité des équipements, le manque de talents et les besoins de financement. Les fournisseurs réagissent en développant des capacités locales, des procédés plus écologiques et des partenariats de R&D renforcés.