如今的電腦芯片中纏繞著上萬米的銅線，分布在大約15個布線層中。隨著半導(dǎo)體行業(yè)中晶體管體積的縮小，這些互連也必須更細(xì)。目前有的布線層過于纖細(xì)，電流會對其造成損傷。芯片制造商為了解決這一問題是想盡各種辦法。

一些公司正在嘗試使用其他材料來替代銅連接芯片，如鈷、釕甚至是石墨烯。2017年12月份在舊金山舉辦的IEEE國際電子設(shè)備大會（IEDM）上，一些公司似乎已經(jīng)選定鈷作為替代金屬。英特爾公司闡述了將鈷金屬應(yīng)用于10納米芯片最細(xì)連接線的設(shè)想；英特爾和格羅方德公司都詳細(xì)介紹了用鈷代替鎢制成的電接觸材料設(shè)備的性能。

他們現(xiàn)在正努力解決的問題源于基礎(chǔ)物理學(xué)：線路越細(xì)（同時也越長），其電阻越大。位于紐約市約克敦海茨IBM沃森研究中心的研究員丹尼爾?埃德爾斯坦（DanielEdelstein）說：“對于電線來說，電阻太大總歸是不好的?！彼鳛镮BM1997年成功實現(xiàn)從鋁到銅的技術(shù)轉(zhuǎn)換的總架構(gòu)師之一，很了解銅互聯(lián)。

銅金屬的電阻率比鋁、鎢甚至是鈷都要低。但是銅在更小尺度上很容易受到電遷移的影響。當(dāng)電子加速穿過超薄線路時，它們會將原子驅(qū)趕到金屬中，就像是一位急匆匆的行人將另外一個人推到人行道外面一樣。

為了保護銅互連，需要在纖細(xì)的線路中鑲嵌其他材料，如氮化鉭甚至是鈷。應(yīng)用材料經(jīng)理、半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商凱文?莫賴斯（KevinMoraes）說：“銅原子很容易移動，需要用1到2納米的阻擋層來控制它。”

當(dāng)銅互連變小時，氮化鉭襯里依然保持相對較厚，因為將襯里尺寸縮小得比1納米還要薄是十分困難的。當(dāng)銅接線小到一定程度時，襯里的厚度會大于接線?！耙r里占據(jù)了銅的空間，加大了線路電阻率。”埃德爾斯坦說。

莫賴斯說，由于銅的局限性，線路問題成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的瓶頸。“如果線路問題得不到解決，就無法從晶體管中獲利?！?/p>

相比于銅來說，鈷的電阻率是其3倍，但電遷移的可能性要小得多。因此，制造商紛紛轉(zhuǎn)而利用鈷作為金屬層材料，構(gòu)成晶體管之間以及晶體管內(nèi)部的短程連接。而在其他芯片的布線層，由于線路更粗且連接距離更遠(yuǎn)，因此還是使用銅更好。

在國際電子設(shè)備大會上，英特爾在報告中指出，在10納米加工技術(shù)的兩層超薄布線層（互聯(lián)最?。┲惺褂免捇ヂ?lián)，電遷移減少了1/10至1/5，電阻率是原來的一半。改善后的互連線路將有助于半導(dǎo)體行業(yè)克服線路問題，進一步縮小晶體管尺寸。

英特爾公司是第一個將芯片中的銅換成鈷的公司。在工藝改進過程中，英特爾公司曾經(jīng)將與晶體管柵極接觸的鎢金屬層替換成鈷金屬層。之前選擇用鎢是因為鎢有彈性且不會有電遷移問題。但是鎢的電阻率很高。

格羅方德在2017年12月份的國際電子設(shè)備大會中還闡述了在其7納米制作工藝中用鈷代替鎢。應(yīng)用材料公司的莫賴斯說，其他客戶也在探索進行這一轉(zhuǎn)變。目前，芯片制造商如三星、臺積電還沒有公開表示使用鈷材料。

半導(dǎo)體咨詢公司VLSIresearch的首席執(zhí)行官丹?哈奇森（DanHutcheson）說：“最大的問題是在哪里植入新技術(shù)。如果你過早應(yīng)用，就會產(chǎn)生很多成本。英特爾愿意為此付出高價，并且他們有能力調(diào)試新的材料。”

但是哈奇森提到，真正的考驗在于產(chǎn)品?！凹埳险劚耆梢裕嬲目简炘谟谕度肷a(chǎn)并從中贏利。”