How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

Translator: Sana Sabah Reviewer: Wafa Idrees

This is a computer chip, magnified 500 times.

ئەمە چیپی کۆمپیوتەرە،500 جار گەورە کراوە

What you’re looking at is the top of a computing city,

ئەوەی تۆ سەیری دەکەیت سەرەوەیەلە شارێکی کۆمپیوتەر،

with distinct neighborhoods for different functions.

لەگەڵ گەڕەکە جیاوازەکان بۆ ئەرکە جیاوازەکان.

They’re linked by up to 100 kilometers of ultra-thin copper lines,

تا١٠٠کیلۆمەتربەیەکەوە بەستراونەتەوەلەهێڵە مسییە زۆر تەنکەکان،

running across 10 or more stacked levels.

بەسەر 10 یان زیاتر ئاستی کۆکراوەدا کاردەکات.

At the very bottom, billions of electronic devices

لە کۆتاییدا،ملیارەها ئامێری ئەلیکترۆنی

generate the digital traffic that pulses across the chip.

ترافیکی دیجیتاڵی دروست بکەنکە بەسەر چیپەکەدا پەل دەکات

The most common of these devices is called a transistor;

باوترینیان لەم ئامێرانەپێی دەوترێت ترانسیستۆر؛

it’s a switch that allows current to flow if it receives a voltage.

ئەوە سویچێکە کە ڕێگە بە ڕۆیشتنی کارەبادەداتئەگەرڤۆڵتیەی وەرگرتبێت.

Transistors can be as small as 20 nanometers,

ترانسیستۆرەکان دەتوانن بە هەمان شێوە بچووک بنوەک ٢٠ نانۆمەتر،

and more than 50 billion of them can fit on a single chip.

و زیاتر لە ٥٠ ملیاریاندەتوانێت لەسەر یەک چیپ جێی ببێتەوە.

Globally, we produce more than a trillion computer chips every year.

لە ئاستی جیهانیدا زیاتر لە تریلیۆنێک بەرهەم دەهێنینساڵانە چیپی کۆمپیوتەر.

That’s about 20 trillion transistors built every second,

ئەمەش نزیکەی ٢٠ تریلیۆن ترانسیستۆرەهەر چرکەیەک دروست دەکرێت،

and it’s done in fewer than 500 fabrication plants, known as fabs.

و لە کەمترلە ٥٠٠ کەسدا ئەنجام دەدرێتکارگەی دروستکردن، کە بە فاب ناسراوە.

How do we build so many tiny, intricately-connected devices,

چۆن ئەوەندە بچووک دروست بکەین،ئامێرە ئاڵۆزەکانی پەیوەستکراو،

so incredibly fast?

ئەوەندە خێرا بە شێوەیەکی ناباوەر؟

The answer involves a technology called photolithography,

وەڵامەکە تەکنەلۆژیایەک لەخۆدەگرێتپێی دەوترێت فۆتۆلیتۆگرافی،

which helps us build all the devices on a chip simultaneously.

کە یارمەتیمان دەدات لە دروستکردنی هەموو ئامێرەکانلەسەر چیپێک لە یەک کاتدا.

It’s like constructing all the buildings in a city at the same time.

وەک ئەوە وایە هەموو بیناکان دروست بکەیتلە شارێکدا لە هەمان کاتدا.

And with no tiny construction crews to help,

وە بەبێ هیچ تیمێکی بیناسازی بچووکبۆ یارمەتیدان،

we build using light as a measuring and sculpting tool.

ئێمەبەبەکارهێنانی ڕوناکی بیناسازیدەکەینوەک ئامرازێکی پێوانە و پەیکەرسازی.

The process starts with a wafer of silicon,

پرۆسەکە دەست پێدەکاتلەگەڵ وەیفرێک لە سیلیکۆن،

which is doused in solvents and acids to strip it clean before entering a furnace.

لێرە گازی ئۆکسجین لەگەڵ وەیفرەکە کارلێک دەکات و چینێکی دووەم ئۆکسیدی سیلیکۆن

دروست دەکات. پاشان، شلەیەک کە پێی دەوترێت “فۆتۆڕێزیست” دەخولێتەوە و دەکوڵێنرێت

Here, oxygen gas reacts with the wafer to form a layer of silicon dioxide.

تا ڕەق بێتەوە. دواتر تیشکی سەروو بنەوشەیی

Then, a liquid called “photoresist” is spun on and baked to harden.

بە شێوەیەکی هەڵبژێردراو وەیفرەکە ڕووناک دەکاتەوە،

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

by passing through or reflecting off a specialized mask.

دەمامکێکی تایبەتمەند بکوژێنەرەوە. لە ناوچە ڕووناکەکاندا،

In the lit areas, a reaction weakens the photoresist’s chemical bonds.

کارلێکێک پەیوەندییە کیمیاییەکانی فۆتۆڕێزیست لاواز دەکات. ئاوەکە لە

The wafer is doused in another chemical to wash away that weakened photoresist,

ماددەیەکی کیمیایی تردا دەشۆرێت بۆ ئەوەی ئەو فۆتۆڕێزیستە لاوازبووە بشۆرێتەوە،

leaving an image of the mask.

جێهێشتنی وێنەیەکی دەمامکەکە.

And an etching machine’s reactive gases remove the exposed oxide,

و گازە کارلێککەرەکانی ئامێری چەسپاندن ئۆکسیدی بەرکەوتوو لاببە،

creating windows that drill the mask’s pattern down to the wafer surface.

پەنجەرە دروست دەکات کە نەخشی ماسکەکە کون دەکات بۆ خوارەوە تا ڕووی ئاوەکە.

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

پاشان چاندنێک خێراتر دەبێت ئایۆنەکانی بۆرۆن یان فسفۆر

and slams them into the patterned openings.

و چەقۆیان لێدەدات بۆ ناو دەرچەی نەخشدار.

These atoms form electropositive or electronegative regions

ئەم ئەتۆمانە ئەلکترۆپۆزیتیڤ دروست دەکەن یان ناوچە ئەلکترۆنێگەتیڤەکان

that change silicon’s conductivity,

کە توانای گواستنەوەی سیلیکۆن دەگۆڕن،

creating the foundation of the transistor switch.

دروستکردنی بناغەکە لە سویچی ترانسیستۆرەکە

The etched oxide windows, however, create hill-and-valley features.

بەڵام پەنجەرەی ئۆکسجینی چەسپاو، تایبەتمەندی گرد و دۆڵی دروست بکە.

Before the next level of copper lines are added,

پێش ئاستی داهاتوو لە هێڵەکانی مس زیاد دەکرێن،

this one’s uneven lines must be polished flat,

هێڵە نایەکسانەکانی ئەم یەکە دەبێت بە تەختی پۆلێش بکرێت

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

بۆ وردبینی نزیک لە ئەتۆمی، بە بەکارهێنانی پرۆسەی وردکردنی ئاڵۆز

called chemical mechanical polishing, or CMP.

پێی دەوترێت پۆڵیسکردنی میکانیکی کیمیایی، یان CMP.

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

‏CMP شلەیەکی کۆنترۆڵکراو بەکاردەهێنێت لە تەنۆلکەکانی سیرامیکی ژێر مایکرۆن

to gently scrape and flatten the bumpy features.

بۆ ئەوەی بە نەرمی بیقرتێن و تەخت بێتتایبەتمەندییە چەقەڵەکان

These fab tools, and many others, are used hundreds of times on a wafer,

ئەم ئامرازە فابانە، و چەندین ئامرازی تر، سەدان جار لەسەر وەیفر بەکاردەهێنرێن،

to create and link transistors into computing logic gates,

بۆ دروستکردن و بەستنەوەی ترانسیستۆرەکان بە دەروازەی لۆژیکی کۆمپیوتەر،

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

و بۆ دروستکردنی گەڕەکی بەستراوبۆ هەڵگرتنی بیرگە و هەژمارکردن.

Fabs run around the clock,

فابس بە درێژایی کاتژمێر ڕادەکات،

and it takes about three months to transform a single wafer from pure silicon

و نزیکەی سێ مانگی دەوێت تا گۆڕینی تاکە وەیفرێک لە سیلیکۆنی پاکەوە

into hundreds of chips.

بۆ سەدان چیپ.

With this continuous operation,

بەم ئۆپەراسیۆنە بەردەوامە،

fabs consume huge amounts of electricity, water, solvents, acids, bases,

فابەکان بڕێکی زۆر کارەبا بەکاردەهێنن، ئاو، توێنەر، ترش، باز،

process gases, and precious metals.

گازە پرۆسێسییەکان، و کانزا بەنرخەکان.

وەیفرەکان لە ژووری ئامێری پاکی زۆر بەرزدا پرۆسێس دەکرێن، کە لەلایەن پەمپەکانەوە

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

maintained by pumps running constantly,

پارێزگارییان لێدەکرێت کە بەردەوام کاردەکەن،

to sustain a vacuum that resembles deep space.

بۆ بەردەوامبوونی بۆشاییکە لە بۆشایی قووڵ دەچێت.

High-temperature furnaces never turn off.

کورەی پلەی گەرمی بەرز هەرگیز ناکوژێتەوە

Fab air handlers constantly expel filtered air

‏Fab air handlers بەردەوامهەوای فلتەرکراو دەربکەن

to corral dust and tiny particles away from wafers.

بۆ کۆڕاڵکردنی تۆز و گەردیلە بچووکەکان دوور لە وەیفرەکان.

This takes a lot of electricity.

ئەمەش کارەبایەکی زۆری دەوێت.ئەو ماددە کیمیایی و ئاوە پاککراوەی کە لە

The chemicals and purified water used in cleaning

پاککردنەوەدا بەکاردەهێنرێن، نزیکەی پێنج گاڵۆن پاشماوە دروست دەکەن بۆ هەر وەیفرێک

create nearly five gallons of waste per wafer run—

which needs to be filtered and pH treated.

کە پێویستی بە فلتەرکردن و چارەسەرکردنی pH هەیە.

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

لەم نێوەندەدا، شلەی CMP بەردەوام بە ئاو دەشۆردرێت

to keep their fine particles from forming chunks

بۆ ئەوەی گەردیلە وردەکانیان لە دروستبوونی پارچە

that would tear apart the fragile copper lines.

کە لەیەکتر دەدڕاهێڵە مسییە ناسکەکان

This adds five times more liquid waste.

ئەمەش پێنج هێندە زیاتر پاشماوەی شل زیاد دەکات.

Fabs plow through vast amounts of nitrogen and helium gas to run their tools.

فابەکان بڕێکی زۆرلەنایترۆجین دەکێشنو گازی هیلیۆم بۆ بەڕێوەبردنی ئامێرەکانیان.

And other gases used and generated in these tools are greenhouse contributors.

بۆ کەمکردنەوەی دەردانی، ئەو ئامێرانەی کە پێیان دەوترێت سکرابەر هەندێک

To minimize their emission,

بەرهەمی لاوەکی گازی دەشێوێن و دەتوێنەوە

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

into treatable wastewater.

بۆ ئاوی پیسی چارەسەرکراو.

That uses more electricity, and more water.

کە کارەبای زیاتر بەکاردەهێنێت، و ئاوی زیاتر.

As computing complexity grows,

more copper and precious metals are needed to link up chips.

زیاتر مس و کانزا بەنرخەکانپێویستن بۆ بەستنەوەی چیپەکان.

And new problems arise:

و کێشەی نوێ سەرهەڵدەدەن

today, PFAS-based photoresists are essential to make ever-smaller features.

ئەمڕۆ،فۆتۆڕێزیستەکان لەسەر بنەمای PFAS. پێویستی دروستکردنی تایبەتمەندی هەمیشەبچوک.

But PFAS waste in the environment is ending up in our bodies,

بەڵام پاشماوەی PFAS لە ژینگەدا خەریکە لە جەستەماندا کۆتایی دێت

and it may be harmful.

و لەوانەیە زیانبەخش بێت.

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

چیپی کۆمپیوتەر سەرسوڕهێنەرێکی مۆدێرنکە جیهانەکەمانیان گۆڕیوە

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

و ئەو کارگانەی کە دروستیان دەکەن خۆیان سەرسوڕهێنەری ئەندازیارین.

But as our demand for chips accelerates,

بەڵام لەگەڵ خێرابوونی خواستمان بۆ چیپس،

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

دروستکردنیان لێدەدات سنووری سەختی بەردەوامیی.

Already, some places are beginning to ration water to farmers,

لە ئێستاوە هەندێک شوێن دەستیان پێکردووەبۆ بەشە خۆراکی ئاو بە جووتیاران،

in favor of running fabs.

لە بەرژەوەندی ڕاکردنی فابەکان. لە پێناو داهاتووی کۆمپیوتەر و ژینگەکەمان،

For the sake of the future of computing and our environment,

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

فابەکانی سبەی لاوازتر و پاکتر و سەوزتر پێویستیان

will need to run even smarter than the very chips they build.

بە زیرەکتر دەبێت لەو چیپانەی کە دروستی دەکەن