En mars 2026, l'Iran a attaqué une installation de gaz naturel liquéfié (GNL) à Ras Laffan, au Qatar. Cela a suscité de vives inquiétudes concernant un impact majeur sur l'approvisionnement en hélium (He), un sous-produit de la production de GNL.
À peu près au même moment, l'Iran a bloqué le détroit d'Ormuz, plongeant la logistique énergétique dans le chaos. En avril 2026, plus de 600 navires, dont 325 pétroliers, étaient signalés bloqués près du détroit ; par la suite, environ 2 000 navires étaient immobilisés dans le golfe Persique. On pense que nombre de ces pétroliers transportaient de l'hélium et du naphta, ce dernier étant une matière consommable pour divers équipements de fabrication de semi-conducteurs et une matière première pour les photorésines.
Compte tenu de ce qui précède, le risque d'arrêt des usines de semi-conducteurs dans le monde suite à un triple choc de « pénurie d'hélium », « pénurie de naphta » et « pénurie de photorésines » est devenu une préoccupation majeure. Cet article examine les causes en retraçant les chaînes d'approvisionnement de l'hélium, du naphta et des photorésines, et explore les perspectives futures.
Aperçu général de la crise impliquant l'arrêt des usines de front-end
Tout d'abord, donnons un aperçu de l'utilisation de l'hélium dans les processus de front-end des semi-conducteurs, ainsi que des composants et matériaux dérivés du naphta (Figure 1).
Figure 1 : Dans ce processus, où l'hélium est-il utilisé ? Et les composants et matériaux dérivés du naphta ?
Dans le processus de front-end, une série d'étapes, incluant le nettoyage, le dépôt de couches minces, la photolithographie, la gravure à sec, le nettoyage et l'inspection, est répétée de 50 à 100 fois voire plus sur une tranche de silicium (Si), formant ainsi simultanément des dizaines à des centaines de puces. Selon la puce, le nombre total d'étapes peut dépasser 1000. Cela s'applique non seulement aux circuits logiques avancés, mais aussi à tous les dispositifs à semi-conducteurs, y compris les circuits logiques matures, la DRAM, la NAND Flash, l'alimentation et les circuits analogiques.
Les deux points suivants sont cruciaux.
Premièrement, si l'approvisionnement en hélium est interrompu, certains processus de dépôt de couches minces et la gravure à sec deviendront impossibles, « échouant instantanément », et la photolithographie EUV (ultraviolet extrême) pourrait également être menacée.
Deuxièmement, tous les équipements, du nettoyage et du dépôt de couches minces à la photolithographie, la gravure à sec et l'inspection, utilisent des pièces consommables dérivées du naphta, et les matières premières des produits chimiques comme les photorésines et l'isopropanol sont également dérivées du naphta.
En d'autres termes, l'hélium (He) et le naphta peuvent tous deux être considérés comme le « talon d'Achille » du processus de front-end des semi-conducteurs.
Les processus de front-end dépendants de l'hélium, en particulier la gravure à sec
La figure 2 montre l'impact d'une interruption de l'approvisionnement en hélium sur chaque processus. La gravure à sec est la plus touchée, avec un niveau de risque « très élevé », ce qui signifie que le processus lui-même ne pourra pas être réalisé (« échec immédiat »). Ensuite, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) mono-tranche haute précision, le dépôt de couches atomiques (ALD) de bord à fenêtre thermique étroite, la pulvérisation avec contrôle strict de la température et la croissance épitaxiale de bord présentent un risque « élevé », entraînant une baisse de l'épaisseur du film, de sa qualité, de la contrainte et de la cristallinité. D'autre part, le CVD par four de lot et l'ALD général peuvent continuer avec des ajustements mineurs des conditions.
Figure 2 : Degré d'impact d'une interruption de l'approvisionnement en hélium sur divers processus de front-end.
Alors, pourquoi la gravure à sec entraîne-t-elle un échec instantané ? La raison réside dans le principe du contrôle de la température de la tranche (Figure 3). Dans l'équipement de gravure à sec, une grande quantité de chaleur est transférée du plasma à la tranche. Par conséquent, il est nécessaire de faire circuler un réfrigérant (par exemple à -60°C) dans le porte-tranche électrostatique (chuck) pour refroidir la tranche (la température de ce réfrigérant varie, allant de moins de -100°C à plus de +100°C, et est optimisée pour chaque processus).
Figure 3. Principe de contrôle de la température dans un équipement de gravure à sec
Cependant, au niveau microscopique, le porte-tranche électrostatique et le dos de la tranche ne sont en contact qu'en un seul point, donc la circulation du réfrigérant seule ne suffit pas à refroidir adéquatement la tranche. Ainsi, il est nécessaire d'injecter de l'hélium (He) à une pression de 1-2 kPa dans l'espace entre le porte-tranche électrostatique et la tranche. Comme l'hélium est une molécule monoatomique légère et se déplace très rapidement, il transfère efficacement la chaleur de la tranche au porte-tranche électrostatique. Ensuite, cet hélium est évacué par la pompe à vide. En d'autres termes, il est « à usage unique ».
Autrement dit, sans hélium, le contrôle de la température de la tranche est impossible, et le processus de gravure à sec lui-même ne peut pas être réalisé. Non seulement des processus de gravure à basse température comme le forage de trous profonds pour la NAND 3D sont impossibles, mais tous les processus de gravure à sec sont compromis. C'est ce qu'on appelle « l'échec instantané ».
Les composants d'équipements liés au naphta et les photorésines
Et le naphta ? Tous les équipements de fabrication de semi-conducteurs utilisent des pièces consommables dérivées du naphta, notamment : (1) les résines haute performance ; (2) les caoutchoucs et élastomères, comme les joints toriques ; (3) les matériaux fluorés résistants au plasma et aux produits chimiques ; (4) les composants de fluide, comme les tuyaux et les vannes ; et (5) les câbles et matériaux d'isolation. Comme les équipements de fabrication nécessitent un remplacement régulier des consommables pour un fonctionnement stable, l'épuisement des stocks de pièces entraîne directement l'arrêt des machines, puis de toute l'usine.
Un autre problème grave concerne les photorésines. Le processus de production d'une photorésine est le suivant : naphta → propylène → oxyde de propylène (PO) → PGME → PGMEA → photorésine (note). Cinq entreprises japonaises (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., JSR, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Fujifilm et Sumitomo Chemical Co., Ltd.) monopolisent plus de 90 % du marché mondial des photorésines, et ces cinq sociétés s'approvisionnent presque exclusivement en PGME et PGMEA auprès du fabricant japonais Daicel. Si un quelconque maillon de cette chaîne d'approvisionnement est rompu, les usines de semi-conducteurs du monde entier s'arrêteront.
Alors, pourquoi les usines de semi-conducteurs ne sont-elles pas fermées ? Examinons d'abord la production de naphta. La figure 4 montre la production de naphta par région. Environ 1 milliard de tonnes de naphta sont produites chaque année dans le monde, dont environ 18 % (environ 180 millions de tonnes) proviennent du Moyen-Orient. Sur ce milliard de tonnes, environ 600 millions de tonnes sont utilisées comme matière première pour l'éthylène, environ 200 millions de tonnes comme additif pour l'essence, et environ 100 millions de tonnes pour le BTX (benzène, toluène, xylènes). Moins d'un million de tonnes, soit moins de 0,1 % du naphta mondial total, sont utilisées pour produire des matériaux pour semi-conducteurs comme le PGME, le PGMEA et les photorésines.
Figure 4 : Production de naphta par région et mondiale (2025-2026). Source : Estimation de l'auteur basée sur la capacité mondiale de raffinage, le volume de traitement du pétrole brut et le rendement en naphta (environ 15-20 %).
Par conséquent, même si un blocage du détroit d'Ormuz provoquait une pénurie de naphta, Daicel et les fabricants de photorésines pourraient être prioritaires pour sécuriser cette infime quantité de naphta destinée aux matériaux de semi-conducteurs. Étant donné que la proportion de naphta utilisée pour les photorésines est extrêmement faible, cette structure facilite la garantie de l'approvisionnement en matériaux pour semi-conducteurs.
La situation est totalement différente pour l'hélium (He). Comme le montre la figure 5, la production mondiale annuelle d'hélium est de 190 millions de mètres cubes, les États-Unis représentant 42,6 % et le Qatar 33,2 %. Une interruption de l'approvisionnement en hélium du Qatar signifierait la perte d'un tiers de l'offre mondiale. De plus, l'industrie des semi-conducteurs devrait consommer environ 21 à 24 % de l'hélium mondial, soit 39 à 46 millions de mètres cubes par an. L'approvisionnement annuel en hélium du Qatar, de 63 millions de mètres cubes, dépasse la consommation annuelle totale de l'industrie mondiale des semi-conducteurs. Même une simple comparaison quantitative révèle l'ampleur de l'impact.
Figure 5 : Production d'hélium par région et mondiale (2025). Source : Données de l'United States Geological Survey (USGS) de 2026.
Cependant, il y a trois raisons pour lesquelles les usines de semi-conducteurs ne ferment pas.
Premièrement, les « réserves » sont cruciales ; les producteurs de gaz comme Linde, Air Liquide, Air Products et Iwatani ont stocké une certaine quantité de gaz, ce qui a permis d'absorber le choc initial.
Deuxièmement, concernant les « stocks et le recyclage », les entreprises ont augmenté leurs stocks suite aux expériences passées de pénurie d'hélium, et TSMC et Samsung Electronics ont mis en place des systèmes de recyclage de l'hélium (bien que pas entièrement).
Troisièmement, selon les « règles de priorité d'approvisionnement », l'ordre de priorité est : médical → aérospatial/défense → industrie des semi-conducteurs → industrie générale → ballons, et les premières réductions touchent les ballons et les produits industriels généraux.
Cependant, l'hélium (He) ne peut pas être stocké longtemps. L'hélium liquide doit être stocké à une température ultra-basse inférieure à -269°C, et environ 1 % de l'hélium s'évapore chaque jour. Ainsi, sans réapprovisionnement, les réserves d'hélium chuteront en dessous de 75 % en 30 jours, en dessous de 50 % en 70 jours, et en dessous de 10 % en 230 jours. De plus, le transport de l'hélium liquide nécessite l'utilisation de conteneurs ISO dédiés, dont il n'existe que quelques centaines dans le monde.
De plus, les stocks d'hélium dans les usines de semi-conducteurs ne durent que quelques jours à quelques semaines, tandis que les stocks des sociétés gazières et des centres logistiques durent de quelques semaines à quelques mois, ce qui signifie que même en mobilisant toutes les ressources disponibles, l'approvisionnement ne pourrait être maintenu qu'environ six mois au maximum. En d'autres termes, une interruption de l'approvisionnement en hélium est beaucoup plus dangereuse qu'une pénurie de photorésines dérivées du naphta. La crise actuelle de l'hélium n'est pas résolue, elle est seulement retardée temporairement.
Impact sur les semi-conducteurs logiques
Si l'interruption de l'approvisionnement en hélium (He) se prolonge trop longtemps, les dispositifs logiques de pointe seront les plus touchés. La formation de structures GAA (nanofeuillets à grille surround) pour les procédés 2 nm (N2) implique de nombreux processus nécessitant un contrôle précis de la température, comme la croissance épitaxiale multicouche de Si et de SiGe, la gravure plasma sélective de la couche sacrificielle de SiGe et le dépôt de couches atomiques (ALD) de l'espaceur interne (Figure 6). Parmi ceux-ci, la gravure plasma du SiGe est le processus le plus difficile et ne peut être réalisée sans hélium. Autrement dit, sans hélium, le processus GAA lui-même ne peut pas non plus être réalisé.
Figure 6. De multiples étapes dans la formation des nanofeuillets GAA nécessitent un contrôle précis de la température. Source : Adapté et annoté par Takashi Yunogami d'après le schéma de processus GAA nanofeuillets d'IBM Research (IEDM 2019-2021), avec des ajouts de l'auteur.
La figure 7 montre l'impact d'une interruption de l'approvisionnement en hélium sur les nœuds de semi-conducteurs logiques et le moment prévu de l'arrêt des usines. Les puces logiques de nouvelle génération de pointe A14 et N2 produites par des entreprises comme TSMC, Samsung, Intel et Rapidus sont affectées de manière « extrêmement grave », entraînant l'arrêt des usines immédiatement après l'interruption de l'approvisionnement en hélium, jusqu'à trois mois maximum. Les puces N3 s'arrêteront également dans les trois mois, et les puces N5 et N7 dans les six mois.
Figure 7 : Nœuds de semi-conducteurs logiques, applications principales et temps d'arrêt prévu des usines (le rose indique les usines japonaises de semi-conducteurs, leurs principales applications et leur relation avec l'industrie automobile)
Il convient particulièrement de noter les nœuds matures : le 10-28 nm (y compris la première usine TSMC à Kumamoto) s'arrêterait pendant 6-12 mois, et les semi-conducteurs automobiles, analogiques et de puissance (40 nm et plus) de sociétés comme Renesas et Rohm s'arrêteraient également après 12 mois, ce qui pourrait tous conduire à une « destruction de l'industrie automobile ».
En effet, même sur les nœuds de procédé matures, les normes de certification des semi-conducteurs automobiles sont extrêmement strictes, et les constructeurs automobiles n'accepteraient pas de puces fabriquées sans gravure à sec à l'hélium. En d'autres termes, le problème de l'interruption de l'approvisionnement en hélium ne constitue pas un risque uniquement pour les technologies de pointe.
Si l'approvisionnement en hélium du Qatar reste à zéro, combien de temps l'industrie des semi-conducteurs peut-elle survivre ?
Au cours des 0-3 premiers mois, la situation pourrait être contrôlée grâce aux stocks, au stockage souterrain, à l'augmentation des vols en provenance des États-Unis et à la redistribution entre différentes utilisations. Bien que les prix s'envoleraient, les principales usines de semi-conducteurs continueraient de fonctionner.
Entre 3 et 6 mois, des réductions de quotas commenceraient, d'abord pour les utilisateurs non contractuels, les petites usines de semi-conducteurs, les instituts de recherche, les processus de back-end et les produits génériques.
Au cours des 6 à 12 mois suivants, des restrictions opérationnelles partielles (y compris dans les usines de semi-conducteurs avancées) deviendront une réalité, ce qui posera un fardeau particulièrement lourd aux pays asiatiques comme la Corée du Sud, la Chine et le Japon, qui dépendent d'importations à longue distance d'hélium liquide.
Si la pénurie dure plus d'un an, à moins que des augmentations de production dans des pays comme les États-Unis, le Canada, l'Algérie et la Russie ne comblent le déficit de 33 %, l'industrie des semi-conducteurs sera forcée de prioriser quels produits fabriquer.
Cela indique que cette crise n'entraînera pas l'arrêt simultané de toutes les usines de semi-conducteurs, mais se produira plutôt tranquillement dans l'ordre suivant : allocation → forte hausse des prix → réduction de la production des produits anciens à faible marge → arrêts partiels par région et par entreprise.
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Cet article provient du compte WeChat « Semiconductor Industry Vertical and Horizontal » (ID : ICViews), auteur : Yunogami Takashi.
