L’ensemble de la chaîne de valeur des semi-conducteurs (englobant la fabrication de wafers, le dépôt de couches minces, la croissance cristalline à haute température, les composants d’équipements et l’emballage avancé) dépend fortement de ces deux métaux réfractaires ultra-purs que sont le tungstène et le molybdène. Grâce à leurs points de fusion extrêmement élevés (3422 °C pour le tungstène et 2622 °C pour le molybdène) ainsi qu’à des caractéristiques telles qu’une faible libération d’impuretés, une faible dilatation thermique, une faible résistivité et une faible pression de vapeur dans un environnement sous vide, les produits phares sont classés en cinq catégories. Ce qui suit, fondé sur des cas réels de production provenant des principales usines mondiales de fabrication de wafers et des grandes entreprises de stockage, fournit une analyse détaillée des applications industrielles et des résultats de mise en œuvre de chaque catégorie de produits.
1. Cibles de pulvérisation ultra-pures en tungstène/molybdène
Description du produit : Les produits principaux sont des cibles en molybdène ultra-pur de pureté 5N/6N, des cibles en tungstène, des cibles composites en tungstène-titane et des cibles en alliage de molybdène (dimensions allant de 8 à 12 pouces), principalement utilisées dans les procédés de dépôt physique en phase vapeur (PVD) pour déposer des couches métalliques sur des plaquettes de silicium. Dans les technologies de procédé traditionnelles de 28 nm et supérieures, les cibles en tungstène dominaient le remplissage des trous de contact et des couches barrières de grille ; tandis que, dans les procédés logiques avancés de 3 nm/7 nm et les mémoires NAND 3D comportant 300 couches ou plus, les cibles en molybdène accélèrent leur remplacement des cibles en tungstène. À largeur de ligne identique, la résistivité du molybdène est inférieure de 40 % à celle du tungstène, et l’empilement à fort rapport hauteur/largeur ne nécessite pas l’utilisation de couches barrières en TiN, améliorant ainsi significativement la densité de stockage.
Cas d’application industrielle :
Mise à niveau de la ligne de production NAND 3D à 375 couches de SK Hynix : comme le nombre de couches empilées dépassait 300, les lignes de mot en tungstène à 286 couches d’origine ont connu une forte augmentation de la résistance, une latence excessive en lecture/écriture et une couche de blocage occupant de l’espace vertical. Par conséquent, SK Hynix a entièrement introduit des matériaux cibles en molybdène ultra-pur de grade 6N, équipés de fours ALD (dépôt atomique en couche) dédiés, et éliminé la couche de blocage en TiN. Un seul lot pouvait accueillir 100 wafers de 300 mm. Après la mise à niveau, la surface unitaire de la puce a été réduite de 18 %, la densité de bits augmentée de 16,3 % ; la résistance de contact a diminué de 56 % et la vitesse de lecture/écriture augmentée de 22 %. La réduction de 15 % des procédés de dépôt a permis des économies mensuelles supérieures à 10 millions de RMB par usine. Il est prévu qu’à la fin de 2026, son usine de Cheongju atteindra une production à pleine échelle, avec des achats mensuels de cibles en molybdène dépassant 2 tonnes.
Remplacement national de la technologie Xtacking 3.0 de Changan Storage : La ligne de production de NAND 3D à 232 couches de Changan Storage dépendait auparavant fortement des cibles en molybdène de la société japonaise Nishin Metal. Jin Mo Shares, en collaboration avec Longhua Technology, a réussi à obtenir la certification nationale de matériaux cibles en molybdène ultra-purs de grade 5N5 et fournit désormais des cibles de 12 pouces. Des mesures réelles ont montré que la teneur en impuretés des cibles nationales était inférieure à 0,1 ppm, tandis que l’uniformité du dépôt était identique à celle des produits importés, permettant ainsi une réduction de 32 % des coûts de consommables par équipement. En 2025, les deux parties ont signé un accord pluriannuel de trois ans, ce qui permettra de réduire les dépenses annuelles liées aux consommables importés de plus de 120 millions de yuans RMB, assurant ainsi le contrôle autonome des matériaux de revêtement essentiels pour le stockage.
2. Gaz de prétraitement CVD
Description du produit : Le produit principal est un gaz de prétraitement à base de molybdène à haute pureté, principalement utilisé dans les procédés de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Par rapport aux cibles de pulvérisation PVD, le gaz de prétraitement permet d’obtenir une couverture de relief plus excellente et un remplissage de film plus uniforme lors du dépôt des lignes de mot 3D NAND présentant des rapports hauteur/largeur extrêmement élevés (par exemple, plus de 375 couches), constituant ainsi le consommable essentiel permettant la réalisation de mémoires flash NAND à nombre de couches ultra-élevé.
Cas d’application industrielle :
Mise à niveau du processus de la ligne de production de NAND 3D à 375 couches par les géants mondiaux du stockage : face à l’augmentation exponentielle de la difficulté liée à la gravure de tranchées et au dépôt de couches minces pour les mémoires NAND 3D à nombre de couches ultra-élevé, des entreprises telles que Samsung et SK Hynix ont équipé leurs lignes de production NAND à 375 couches de systèmes haute température d’alimentation en gaz prétraités au molybdène. En raison des exigences extrêmement strictes en matière de contrôle des impuretés et de formulation de vaporisation à haute température des précurseurs gazeux, des fournisseurs leaders tels que Yaco Technology ont réussi à livrer à Samsung et SK Hynix une technologie de précurseur au molybdène de grade 6N, parfaitement adaptée au nouveau procédé de dépôt CVD des lignes de mot en molybdène pour NAND. La demande à long terme a explosé parallèlement à la capacité de production de NAND haut de gamme.
Composants structurels en molybdène-tungstène à haute température (croissance cristalline et traitement thermique à haute température)
Description du produit : Les produits principaux comprennent les creusets en molybdène, les chariots en molybdène, les écrans thermiques en molybdène, les composants de support en molybdène TZM, les bandes chauffantes en molybdène et les éléments chauffants en tungstène, adaptés aux traitements thermiques sous vide ou sous hydrogène à des températures comprises entre 1000 et 1800 °C, à la croissance de cristaux de saphir bleu et aux fours d’épitaxie du carbure de silicium, entre autres applications dans des conditions extrêmes. Les aciers inoxydables et les alliages à base de nickel sont sujets à la déformation par fluage et aux fissurations par oxydation au-dessus de 1000 °C, tandis que le molybdène et le tungstène ne s’oxydent pas ni ne libèrent d’impuretés dans une atmosphère inerte, et la résistance au fluage du molybdène TZM est deux fois supérieure à celle du molybdène pur, évitant ainsi efficacement la contamination métallique des plaquettes.
Cas d’application industrielle :
Mise à niveau du four de croissance de saphir bleu à mini-LED chez Sanan Optoelectronics : Sanan Optoelectronics utilisait initialement des creusets en molybdène importés pour la croissance du saphir bleu, dont la durée de vie n’était que de 90 jours. Des arrêts fréquents du four limitaient sévèrement la capacité de production. En utilisant des creusets en molybdène à parois minces fabriqués à partir d’ingots de molybdène de haute pureté Mo-1 et en polissant les parois intérieures jusqu’à un état de surface miroir, la durée de vie continue d’un seul creuset a été portée à 280 jours (amélioration de 3 fois), le rendement de croissance est passé de 82 % à 91 %, et la production annuelle de substrats par four a augmenté de 120 000 unités. Une fois que les 200 fours de croissance répartis dans tout le pays ont été entièrement équipés de creusets nationaux, les économies annuelles sur les coûts d’équipement et de matériaux ont dépassé 60 millions de RMB.
IV. Dissipateurs thermiques composites en tungstène-cuivre/molybdène-cuivre (industrie de l’emballage avancé et des dispositifs de puissance)
Description du produit : Les produits phares sont les substrats en cuivre-tungstène WCu70/80, les substrats dissipateurs thermiques en cuivre-molybdène MoCu et les substrats en cuivre-tungstène, principalement utilisés pour l’emballage des GPU, de la mémoire à haute bande passante (HBM), des IGBT et des semi-conducteurs de puissance. L’adaptation du procédé repose sur le fait que les faibles coefficients de dilatation thermique du tungstène et du molybdène correspondent parfaitement à ceux des puces en silicium et en nitrure de gallium, tandis que la forte conductivité thermique du cuivre permet une dissipation rapide de la chaleur. Ce matériau composite résout efficacement le problème de réduction de fréquence et de défaillance thermique des puces d’IA à forte puissance de calcul fonctionnant à haute température, ce qui en fait un substitut idéal aux substrats en cuivre pur et en aluminium.
Cas d’implémentation sectorielle :
Mise à niveau de la gestion thermique pour les puces d’intelligence artificielle à forte puissance de calcul : avec l’augmentation des exigences en matière de puissance de calcul pour les grands modèles d’IA sur les puces GPU et HBM, la densité de flux thermique a atteint sa limite. Les substrats en cuivre pur traditionnels, en raison de leur coefficient de dilatation thermique mal adapté, sont sujets à des défaillances par fatigue de soudure sous des cycles prolongés à haute température. L’utilisation de substrats dissipateurs de chaleur composites en molybdène-cuivre (MoCu) permet non seulement un ajustement parfait de la dilatation thermique avec les puces en silicium, mais réduit également de façon significative la résistance thermique, résolvant ainsi totalement le problème de défaillance thermique des puces d’IA en fonctionnement à haute fréquence et garantissant le fonctionnement stable à long terme des infrastructures de calcul.
V. Composants de précision en alliage tungstène-molybdène (industrie des composants pour équipements semi-conducteurs)
Description du produit : Les produits phares sont des composants en tungstène et molybdène de précision destinés aux équipements semi-conducteurs, tels que les composants de blindage pour machines d’implantation ionique, les chauffages MOCVD et les matériaux de dissipateurs thermiques pour l’emballage électronique. Ces composants doivent conserver une précision dimensionnelle extrêmement élevée et une stabilité physique dans des environnements à ultra-haut vide et corrosifs, constituant ainsi la « pierre angulaire invisible » permettant aux équipements semi-conducteurs d’assurer des procédés précis.
Cas d’implémentation sectorielle :
Localisation des composants essentiels des machines d’implantation ionique pour semi-conducteurs : En réponse au problème persistant de dépendance aux importations pour les composants en tungstène et molybdène haut de gamme destinés aux machines d’implantation ionique de 3,5e génération pour semi-conducteurs, des entreprises nationales telles que Xingyao Xincai ont réussi à développer et produire des composants de précision en tungstène et molybdène d’une pureté supérieure à 99,99 %. Ces composants présentent une durée de vie extrêmement longue et des performances stables sous un bombardement ionique prolongé en haute vacuité, et sont désormais intégrés aux chaînes d’approvisionnement de clients nationaux et étrangers, mettant ainsi fin au monopole des entreprises étrangères et permettant le remplacement local de composants clés des équipements semi-conducteurs.
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