Verdict結論
銅導線與鈷・釕導線最大的差異在於「微細導線中有效電阻率的變化行為」。銅的塊材電阻率為1.68μΩ・cm，屬於最低等級，但線寬在10nm以下時，表面散射與晶界散射會使有效電阻率急遽上升，而且不可或缺的TaN/Ta阻障層也會削減有效截面積。Co（6.2μΩ・cm）與Ru（7.1μΩ・cm）的塊材電阻率雖然較高，但在細線中的上升較為平緩，且可透過無阻障層成膜使截面積最大化，因此在M0、M1等局部導線中的採用逐漸增加。
主要差異
| 比較項目 | 銅（Cu）導線 | 鈷（Co）・釕（Ru）導線 |
|---|---|---|
| 塊材電阻率 | 1.68 μΩ・cm（電阻率最低等級的金屬） | Co：6.2 μΩ・cm，Ru：7.1 μΩ・cm（高於銅） |
| 微細導線的有效電阻率 | 線寬10nm以下急遽上升（以表面散射、晶界散射為主導） | 細線中電阻率的增加比銅平緩（平均自由徑較短） |
| 阻障金屬（襯墊層） | 必須使用TaN/Ta等阻障層（削減導線內銅的有效截面積） | 部分情況可無阻障層成膜，使導線截面積最大化 |
| 電遷移耐受性 | 微縮後劣化，高溫、高電流密度下有斷線風險 | Co的EM耐受性高於Cu，Ru也表現良好 |
| 成膜方法 | 以電化學電鍍（ECD）為主流 | 以CVD、ALD、濺鍍為主流 |
| 採用節點・用途 | M2以上的全域導線、半全域導線 | M0、M1的局部導線（TSMC 5nm/3nm、Intel 4等） |
| 成本 | 材料本身便宜，電鍍設備也已成熟 | 材料成本與CVD/ALD設備成本較高 |
為何銅導線在先進節點面臨極限
金屬的導電性會因晶界與表面的電子散射而下降。當導線尺寸接近電子的平均自由徑（銅約40nm）時，散射的影響急增，電阻率隨之上升。以銅而言，線寬低於10nm時，有效電阻率有時會達到塊材值的3～5倍。此外，阻障金屬（TaN/Ta層）的厚度相對變大，使銅的有效截面積進一步減少。鈷與釕的平均自由徑比銅短，因此在細線中的電阻率增加較平緩，也能以無阻障層的方式成膜。
英特爾與台積電的替代金屬導線採用狀況
英特爾自Intel 4（相當於7nm）起，在下層金屬層（M0、M1）採用鈷。台積電在N5、N3中逐步擴大在局部導線層採用釕。此外，有研究結果指出鉬（Mo）在下層導線的電阻率特性優於釕，目前正評估在N2之後的節點採用。也有看法認為，未來1nm級節點的所有導線層都必須以替代金屬取代銅。
常見問題
金（Au）或銀（Ag）不能用於半導體導線嗎？
銀的塊材電阻率比銅低（1.59μΩ・cm），但極易擴散（遷移）至矽中，因此無法作為導線材料。金的電阻較高（2.44μΩ・cm），成本也非常高。銅之所以在1990年代被採用，也是因為它是當時替代材料中的最佳選擇。
鈷導線比釕導線優秀嗎？
視用途而定。鈷的電遷移耐受性高，英特爾已在M0、M1層採用。釕的無阻障層成膜穩定性高，也被用於HKMG閘極金屬。未來，鉬因在更細導線中的電阻率特性，成為有力的候選材料。
背面供電（PowerVia、BSPDN）與導線材料有什麼關係？
背面供電網路（Back Side Power Delivery Network）是將電源導線佈設在晶圓背面，藉此增加正面訊號導線層的技術。英特爾的PowerVia與台積電的BSPDN為代表例。背面導線同樣使用銅或替代金屬，但由於導線長度縮短，具有降低電阻損耗的優點。