How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

Traducteur: Claire Ghyselen Relecteur: eric vautier

This is a computer chip, magnified 500 times.

Ceci est une puce d’ordinateur, agrandie 500 fois.

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

Ce que l’on voit, ce sont les toits d’une ville informatique,

with distinct neighborhoods for different functions.

avec des quartiers de fonctions différentes.

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

Ils sont reliés par jusqu’à 100 km de fil de cuivre ultra fin

running across 10 or more stacked levels.

parcourant dix ou plus de niveaux empilés les uns sur l’autres.

At the very bottom, billions of electronic devices

Tout au fond, des millards de dispositifs électroniques

generate the digital traffic that pulses across the chip.

génèrent un trafic numérique qui pulse dans toute la puce.

The most common of these devices is called a transistor;

On appelle transistor un de ces dispositifs le plus usuels.

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

C’est un interrupteur qui laisser passer le courant quand il reçoit une tension.

Transistors can be as small as 20 nanometers,

Les transistors ne sont pas plus grands que 20 nanomètres,

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

et on en dispose 50 milliards dans une seule puce.

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

Le monde fabrique plus d’un milliard de milliard de puces électroniques par an.

That’s about 20 trillion transistors built every second,

On parle donc de 20 milliards de transistors par seconde,

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

fabriqués dans moins de 500 centres de production, appelés fabs.

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

Comment fabrique-t-on des dispositifs aussi minuscules et interconnectés

so incredibly fast?

aussi une vitesse aussi vertigineuse ?

The answer involves a technology called photolithography,

La solution est dans une technologie appelée photolithographie.

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

Elle permet de assembler simultanément tous les dispositifs sur une puce.

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

C’est comme construire tous les bâtiments d’une ville en même temps.

And with no tiny construction crews to help,

Mais sans équipes d’ouvriers sur ce chantier,

we build using light as a measuring and sculpting tool.

on utilise la lumière pour mesure et sculpter.

The process starts with a wafer of silicon,

Le processus démarre avec une galette de silicone,

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

que l’on nettoie dans des bains de solvants et d’acides avant de le cuire.

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

Dans le four, l’oxygène réagit avec la galette

pour créer une couche de dioxide de silicone.

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

Ensuite, on injecte une résine photosensible que l’on durcit par cuisson.

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

Ensuite, une lumière ultraviolette illumine certaines parties de la galette

by passing through or reflecting off a specialized mask.

en traversant, ou pas, un masque très précis.

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

La réaction dans les zones d’insolation fragilise

les liens chimiques de la résine photosensible.

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

On plonge alors la galette dans un autre bain chimique

pour en retirer la résine décapée,

leaving an image of the mask.

ce qui laisse l’image latente du masque.

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

Les gaz de réaction d’une machine à graver retirent l’oxyde exposé,

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

créant ainsi des fenêtres où graver les motifs du masque

sur la surface de la galette.

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

Un équipement d’implantation accélère les borons ou les ions de phosphore

and slams them into the patterned openings.

et les implantent dans les ouvertures du motifs.

These atoms form electropositive or electronegative regions

Ces atomes forment des régions électropositives ou négatives

that change silicon’s conductivity,

qui modifient la conductivité du semi-conducteur,

creating the foundation of the transistor switch.

posant les bases du transistor.

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

Les fenêtres d’oxyde gravées, quant à elles, créent un motif vallonné.

Before the next level of copper lines are added,

Avant d’ajouter le niveau suivant de fils de cuivre,

this one’s uneven lines must be polished flat,

il faut polir et niveler les lignes irrégulières de cette couche,

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

avec un précision quasi atomique, à l’aide d’un processus abrasif sophistiqué

called chemical mechanical polishing, or CMP.

appelé planarisation mécano-chimique, CMP, selon son acronyme anglais.

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

La CMP utilise un liquide de particules de céramiques inférieures au micron

to gently scrape and flatten the bumpy features.

pour polir doucement les irrégularités et aplanir la surface.

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

Ces outils, parmi d’autres, sont utilisés des centaines de fois sur une galette

to create and link transistors into computing logic gates,

pour créer et relier des transistors en portes logiques informatiques

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

et pour composer des voisinages connectés pour la mémoire et le calcul.

Fabs run around the clock,

Les fabs sont exploitées 24h/24.

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

Il faut environ trois mois pour transformer un galette de pur silicium

into hundreds of chips.

en des centaines de puces.

With this continuous operation,

Cette exploitation en continu

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

exige des quantités impressionnantes d’électricité, d’eau,

de solvants, d’acides, de bases, de gaz et de métaux précieux.

process gases, and precious metals.

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

Les substrats sont produits dans des salles blanches

maintained by pumps running constantly,

alimentées en continu par des pompes

to sustain a vacuum that resembles deep space.

pour conserver un vide ressemblant à celui de l’espace profond.

High-temperature furnaces never turn off.

Les fours à hautes températures ne sont jamais éteints.

Fab air handlers constantly expel filtered air

Des systèmes d’aération extraient de l’air en contact avec les substrats

to corral dust and tiny particles away from wafers.

la poussière et les particules microscopiques.

This takes a lot of electricity.

La consommation d’électricité est énorme.

The chemicals and purified water used in cleaning

Les produits chimiques et l’eau utilisés pour rincer

create nearly five gallons of waste per wafer run—

produisent 20 litres de déchet par galette -

which needs to be filtered and pH treated.

déchet qui doit être filtré et ajusté au niveau du pH.

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

Entre temps, les outils de la CMP sont constamment rincés à l’eau

to keep their fine particles from forming chunks

pour éviter que les fines particules ne s’amalgament

that would tear apart the fragile copper lines.

et risquent de détruire les lignes fragiles de cuivre.

This adds five times more liquid waste.

Cela multiplie par cinq les déchets de fluides.

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

Les outils des fabs ont recours à de grands volumes d’azote et d’hélium.

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

D’autres gaz utilisés ou produits s’ajoutent aux gaz à effet de serre.

To minimize their emission,

Pour en minimiser les émissions,

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

des machines décomposent et dissolvent des sous-produits gazeux

into treatable wastewater.

en de l’eau de rejet traitable.

That uses more electricity, and more water.

Cela consomme encore plus d’électricité et d’eau.

As computing complexity grows,

La complexité croissante de l’informatique

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

requiert toujours plus de cuivre et de métaux précieux pour relier les puces,

And new problems arise:

créant de nouveaux problèmes.

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

Les résines photorésistantes basées sur les PFAS sont cruciales

dans la miniaturisation.

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

Mais les déchets de PFAS finissent dans notre organisme

and it may be harmful.

et peuvent s’avérer nocifs.

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

Les puces informatiques sont des merveilles

qui ont transformé notre monde -

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

et les usines qui les produisent sont des merveilles d’ingéniérie.

But as our demand for chips accelerates,

Mais avec l’accélération de la demande en puces,

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

leur fabrication a atteint les limites du soutenable.

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

Certaines régions ont déjà commencé à rationner l’eau agricole

in favor of running fabs.

en faveur des fabs.

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

Avec l’avenir de l’informatique et de notre environnement à l’esprit,

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

les fabs de demain devront être moins voraces et plus vertes.

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

Leur exploitation devra être plus intelligente

que les puces qu’elles produisent.