How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

Traduttore: Matteo Casarin Revisore: Chiara Mondini

This is a computer chip, magnified 500 times.

Questo è un chip per computer, ingrandito 500 volte.

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

State sorvolando una città digitale,

with distinct neighborhoods for different functions.

dove ogni quartiere ha una funzione specifica.

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

Le strade sono piste di rame ultrasottili lunghe fino a 100 chilometri

running across 10 or more stacked levels.

che attraversano dieci o più strati sovrapposti.

At the very bottom, billions of electronic devices

Alla base ci sono i miliardi di componenti elettronici

generate the digital traffic that pulses across the chip.

che generano il traffico digitale che si propaga nel chip.

The most common of these devices is called a transistor;

Il più comune di questi componenti è il transistor,

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

un interruttore di corrente che si attiva in base alla tensione applicata.

Transistors can be as small as 20 nanometers,

I transistor più piccoli sono grandi appena 20 nanometri

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

e un singolo chip può contenerne più di 50 miliardi.

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

Ogni anno vengono prodotti oltre 1000 miliardi di chip per computer.

That’s about 20 trillion transistors built every second,

Equivale a circa 20.000 miliardi di transistor al secondo,

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

prodotti In meno di 500 impianti di fabbricazione, chiamati anche “fab”.

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

Come si producono così tanti minuscoli dispositivi interconnessi

so incredibly fast?

a una tale velocità?

The answer involves a technology called photolithography,

La risposta è una tecnologia chiamata fotolitografia,

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

che permette la produzione simultanea di tutti i componenti di un chip.

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

È come se gli edifici di una città venissero costruiti tutti in una volta.

And with no tiny construction crews to help,

E senza l’aiuto di minuscole squadre di costruzione,

we build using light as a measuring and sculpting tool.

perché è la luce a fungere da strumento di misurazione e lavorazione.

The process starts with a wafer of silicon,

Il processo inizia con un wafer di silicio

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

che viene immerso in acidi e solventi per una pulizia profonda

prima di entrare in una fornace.

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

Qui la reazione con l’ossigeno molecolare forma uno strato di silice.

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

Viene quindi applicato e poi solidificato un liquido chiamato “fotoresist”.

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

Il wafer è poi esposto selettivamente alla luce ultravioletta,

by passing through or reflecting off a specialized mask.

che attraversa o viene riflessa da una maschera apposita.

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

La radiazione indebolisce i legami chimici delle zone irradiate.

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

L’immersione in un altro solvente rimuove queste aree del fotoresist,

leaving an image of the mask.

rivelando la sagoma della maschera.

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

Durante il cosiddetto etching, i gas rimuovono la silice esposta,

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

riproducendo la geometria della maschera fino alla superficie del wafer.

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

Poi un impiantatore accelera ioni di boro o fosforo

and slams them into the patterned openings.

per introdurli nelle “finestre” appena aperte.

These atoms form electropositive or electronegative regions

Questi atomi formano regioni a carica elettrica positiva o negativa

that change silicon’s conductivity,

che alterano la conduttività del silicio,

creating the foundation of the transistor switch.

creando la base dell’interruttore a transistor.

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

Ma l’apertura di finestre nella silice produce delle irregolarità.

Before the next level of copper lines are added,

Prima di aggiungere un nuovo strato di piste di rame,

this one’s uneven lines must be polished flat,

le irregolarità devono essere rimosse con una precisione quasi atomica

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

attraverso un sofisticato processo di abrasione

called chemical mechanical polishing, or CMP.

chiamato planarizzazione chimico-meccanica, o CMP.

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

La CMP sfrutta un impasto di particelle abrasive più piccole di un micron

to gently scrape and flatten the bumpy features.

per raschiare e appiattire delicatamente le irregolarità.

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

Gli strumenti di un fab vengono impiegati centinaia di volte su un singolo wafer

to create and link transistors into computing logic gates,

per fabbricare e collegare i transistor alle porte logiche

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

e creare quartieri interconnessi adibiti alla memoria e al calcolo.

Fabs run around the clock,

I fab non si fermano mai

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

e impiegano circa tre mesi per trasformare un wafer

da puro silicio in centinaia di chip.

into hundreds of chips.

La continuità operativa richiede un enorme consumo di elettricità,

With this continuous operation,

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

acqua, solventi, acidi, basi, gas di processo e metalli preziosi.

process gases, and precious metals.

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

I wafer vengono fabbricati in camere bianche ad altissima purezza

maintained by pumps running constantly,

dove l’incessante lavoro del sistema di pompe

to sustain a vacuum that resembles deep space.

crea un vuoto paragonabile a quello dello spazio profondo.

High-temperature furnaces never turn off.

Le fornaci ad alta temperatura non vengono mai spente.

Fab air handlers constantly expel filtered air

Le unità trattamento aria espellono costantemente l’aria filtrata

to corral dust and tiny particles away from wafers.

per isolare i wafer da polvere e particelle sottili.

This takes a lot of electricity.

Per farlo serve molta elettricità.

The chemicals and purified water used in cleaning

Le sostanze e l’acqua depurata utilizzate nella pulizia

create nearly five gallons of waste per wafer run—

producono quasi 20 litri di scarti a ogni ciclo di lavorazione

which needs to be filtered and pH treated.

che devono essere filtrati e trattati per regolarne il pH.

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

Le paste abrasive per la CMP vengono continuamente risciacquate

to keep their fine particles from forming chunks

per evitare che le particelle formino grumi

that would tear apart the fragile copper lines.

pericolosi per le fragili piste di rame.

This adds five times more liquid waste.

Questo quintuplica i rifiuti liquidi prodotti.

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

Gli strumenti dei fab richiedono enormi quantità di azoto ed elio.

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

Mentre altri gas usati e prodotti contribuiscono all’effetto serra.

To minimize their emission,

Per minimizzarne le emissioni, macchinari detti “scrubber”

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

decompongono e dissolvono parte dei sottoprodotti gassosi

into treatable wastewater.

in acque reflue trattabili.

That uses more electricity, and more water.

Altra elettricità, altra acqua.

As computing complexity grows,

Chip sempre più complessi richiedono sempre più rame e metalli preziosi.

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

And new problems arise:

E causano nuovi problemi.

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

I fotoresist basati sui PFAS sono essenziali per la componentistica,

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

ma i rifiuti PFAS presenti nell’ambiente possono essere pericolosi per l’organismo.

and it may be harmful.

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

I microchip sono meraviglie moderne che hanno trasformato il mondo

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

e i fab che li producono sono a loro volta meraviglie ingegneristiche.

But as our demand for chips accelerates,

Ma l’incremento della domanda di chip

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

mette a dura prova la sostenibilità dei loro processi produttivi.

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

Alcune zone stanno iniziando a razionare l’acqua destinata all’agricoltura

in favor of running fabs.

per garantire l’operatività dei fab.

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

Per il bene dell’informatica e del nostro ambiente,

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

i fab di domani – più semplici, puliti ed ecologici –

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

dovranno essere anche più intelligenti dei chip che producono.