Intel|石墨烯败了：Intel退钴还铜( 二 ) 石墨烯|自然铜|钴矿|石墨烯败

虽然晶体管性能一直在提高，但铜线电阻实际上随着线变小而增加。这意味着信号变慢，行进距离减少，并且我们消耗的能量超出了预期。
换句话说，尽管拥有更高性能的晶体管，但晶体管能力和导线能力之间的差距越来越大。铜线已成为严重的瓶颈。所以在经历了20年以后，到10nm节点，铜互连已经开始逐渐失去动力。
于是新材料钴（Co）开始被引入。在2017年的IEDM上，英特尔宣布了首次在大批量制造中使用纯钴互连的10纳米技术。
钴在元素周期表中排在第27位。蓝色钴颜料首先用于青铜时代的艺术，但直到 1735 年瑞典化学家乔治·勃兰特才分离出这种金属。钴常常用于电池中。俄罗斯是第二大钴生产国，占全球供应量的4% 。
那么为什么是钴呢？
因为在10nm节点，使用钨作为晶体管接触金属由于电阻和间隙填充而成为性能瓶颈。同样，在 M0 和 M1 层用铜制造的局部互连在填隙、电阻和可靠性方面受到影响——限制了性能并影响了制造芯片的成本。
在7nm 及以下代工节点用钴代替钨触点和铜局部互连可以缓解这些性能瓶颈。
纯钴具有较好的电迁移特性，但线电阻较差。同样，铜合金具有较好的线电阻，但却有较差的电迁移寿命。在最新的Intel 4中，英特尔选择的是在最低的四个金属层中使用增强型铜 (eCu) 。
这种增强的铜线包括一个钽阻挡层，钴包层周围的纯铜核心。eCU似乎是一个折中双赢的选择，与铜合金相比，既提供了更好的电磁寿命(尽管没有钴那么好) ，同时小幅提高了0.85倍的线电阻。
对于Intel 4 ，该公司选择采用增强型铜(eCu)来处理最底层的四个金属层。这种增强的铜导线包括钽屏障与钴包层周围的纯铜核心。总之， eCu似乎是一个中间的双赢-提供更好的电磁寿命比铜合金(虽然不像钴合金一样好) ，同时提供了0.85倍适度的提高线电阻。
其实早在2014年，应用材料公司的化学家就发现，钴比钽能更好地“润湿”铜。通过将钴代替钽衬垫，用一个钴帽，选择性地沉积在铜电路线上，有效地将它们包裹在钴套管中。结果，铜更好地粘附在沟槽的侧面，从而最大限度地减少了以后的电迁移。应用材料公司称钴的引入是“15 年来最重要的互连材料变化” 。
近年来，钴触点采用了薄的 TiN 势垒。同样在线路或通孔中，有更薄的势垒以及更短的钴平均自由程（10nm 对铜的 39nm）导致线的电阻率更低（电子路径更长，散射会增加净电阻）。
所以钴也没有取代铜，而是和铜进行联合应用，因此使得芯片又能继续延续摩尔定律。
2nm之后，钌、铋或钼又被探索
芯片的微缩还在继续，到2nm之后，晶体管的结构要发生新变化，或由GAA纳米片、CFET来取代FinFET ，与此同时，铜互连的架构也将需要重新配置向晶体管传输功率的方式。
要把握好工艺精度的控制，新金属材料的引入将是关键，于是芯片制造商可能会在2nm之后在一定程度上用钌（Ru）或钼（Mo）取代铜。钌具有低电阻率、高熔点、耐酸腐蚀和极低的腐蚀电位等优点，是极具吸引力的新一代互连材料。而钼则相对更便宜些。