最後更新:2026年10月8日半導體材料內連線・金屬化中國大陸:钴互连

鈷金屬導線是什麼

Cobalt Interconnect

鈷金屬導線是在半導體晶片的局部導線層(M0~M1左右)以鈷(Co)取代傳統鎢(W)或銅(Cu)的導線技術,因英特爾在10nm製程採用而廣為人知。

定義與原理

鈷金屬導線(Cobalt Interconnect)是在半導體晶片的局部導線層(M0:接觸層~M1左右),以鈷(Co)取代傳統鎢(W)或銅(Cu)的導線技術。英特爾在2016年前後的10nm製程(後來相當於7nm)於接觸插塞與局部導線採用Co,使其廣為業界所知。應用材料已將Co成膜設備產品化,推動其普及。

採用鈷金屬導線的背景在於鎢的極限。鎢以CVD成膜,長期作為接觸窗/通孔的插塞材料,但在導線寬度小於20nm時,會出現電阻率急遽上升的問題。鈷的電阻率低於W(塊材值約6μΩ·cm,W以CVD成膜時超過約20μΩ·cm),且與Cu導線的親和性高,可作為兼具Cu擴散阻障層與襯墊層功能的薄膜。

鈷的CVD與ALD成膜採用使用有機鈷前驅物(Co₂(CO)₈等)的低溫製程。成膜後以CMP平坦化,形成局部導線或接觸插塞。與Cu不同,鈷在矽中的擴散相對較小,可將阻障膜做薄,因而擴大有效導線截面積。但其晶粒尺寸小,仍受晶界散射影響,因此在進一步微縮時,正評估以釕(Ru)作為後繼材料。

如英特爾的混合導線策略(M0:Ru、M1:Co、M2以上:Cu)所示,依各導線層的尺寸與要求特性選擇最適金屬的「導線材料多樣化」正在推進。台積電與三星也在部分製程中採用鈷,用於形成局部低電阻接觸。

鈷金屬導線的普及,為Co前驅物材料廠商(Umicore、默克、Air Liquide等)及CVD/ALD設備廠商(應用材料、科林研發)提供事業擴展的機會。鈷是稀有金屬,且有依賴剛果民主共和國供應的地緣政治風險,因此材料採購的多元化與回收技術的開發也在推進中。

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