7nm之后，钴将取代铜？

来源：内容来自「technews」

7 纳米芯片是当今已量产之最先进制程产品，金属材料加入钴（Co）是关键，但钴（Co）真的完全取代原先的铜（Cu）了吗？

降低RC Delay，提升芯片运行速度

在积体电路中，「电阻─电容延迟时间」（RC Delay）是影响半导体元件的速度或性能的重要参数之一。 随着半导体制程推进至7 纳米，不仅金属连线（interconnect）层数越趋增加，导线间的距离也不断微缩；当电子讯号在层数非常多的金属连线（interconnect）间传送时，其产生的「电阻─电容延迟时间」（RC Delay），将严重减低半导体元件的速度。如何降低「电阻─电容延迟时间」（RC Delay）、增加半导体元件运行速度，是一重要课题。

IC 制程微缩，阻障层有相对增加电阻的风险

降低7 纳米芯片的电阻，金属材料是选用是关键

那该如何减低氮化钽（TaN）层的电阻呢？调整该层的金属材料就成为关键。经研究，发现金属钴（Co）是加入氮化钽（TaN）阻障层的极佳候选材料，钴（Co）不但降低阻障层的电阻，而且可以降低阻障层厚度，一举两得。

双层接触窗设计，让钴（Co）发挥最大效能

金属导线和矽基板上半导体元件之间的连结称为接触窗（contact），主要是靠钨（W）连结，其阻障层材料是氮化钛（TiN）。在铜金属化制程中，如何降低W / TiN 的接触窗的电阻，钴（Co）又成为最佳候选者。但是，用钴（Co）直接完全取代W / TiN 直接和铜接触，则铜和钴容易固溶在一起，造成金属导线电迁移性能会变差。于是有了双层接触窗的制程设计。

实测7 纳米制程芯片，透视钴（Co）是否完全取代铜（Cu）

剖析完为什么要使用钴（Co）的原因后，宜特材料分析实验室进行实测，一起来看看钴（Co）是用在7 纳米制程芯片的那些地方？钴（Co）真的完全取代铜（Cu）了吗？ 前期样品制备作业

为了执行分析7 纳米先进制程产品的分析，宜特材料分析实验室采购市售手机相关部品，取得Kirin 980 CPU。由于此CPU 是封装在手机电路板上，必须先进行相关部品的拆解（Tear down），以及相关结构观察的分析工程，包括X 光分析、去锡球、去封装、去胶、红外线定位、研磨、吃酸、CPU / DRAM 双芯片分离等技术，最后终于取得Kirin 980 芯片。 利用TEM 实际观察

结论

由TEM 结果可知，钴（Co）的用途并非取代铜（Cu）。钴用在铜的阻障层，且只有取代一半的接触窗。因此宜特材料分析实验室得以证明钴（Co）在7 纳米先进制程产品，并未完全取代铜（Cu）。