全球最大半导体设备商应用材料（Applied Materials）宣布，材料工程获得技术突破，能在大数据与人工智慧（AI）时代加速晶片效能。应材表示，20年来首桩电晶体接点与导线的重大金属材料变革，能解除7奈米及以下晶圆制程主要的效能瓶颈，由于钨（W）在电晶体接点的电性表现与铜（Cu）的局部终端金属导线制程都已逼近物理极限，成为FinFET无法完全发挥效能的瓶颈，因此晶片设计者在7奈米以下能以钴（Co）金属取代钨与铜，借以增进15%晶片效能。

采用钴可优化先进制程金属填充情形，延续7 奈米以下制程微缩

钨和铜是目前先进制程采用的重要金属材料，然而钨和铜与绝缘层附着力差，因此都需要衬层（Liner Layer）增加金属与绝缘层间的附着力；此外，为了避免阻止钨及铜原子扩散至绝缘层而影响晶片电性，必须有障壁层（Barrier Layer）存在。

如下图所示，随着制程微缩至20 奈米以下，以钨Contact（金属导线及电晶体间的连接通道称为Contact，由于Contact 实际形状为非常贴近圆柱体的圆锥体，因此Contact CD 一般指的是Contact 直径）制程为例，20 奈米的Contact CD 中，Barrier 就占8 奈米，Contact 中实际金属层为12 奈米（Metal Fill 8nm＋Nucleation 4nm），Contact CD 为10 奈米时，实际金属层仅剩2 奈米，以此估算Contact CD 为8 奈米时将没有金属层的容纳空间，此时衬层及障壁层的厚度成了制程微缩瓶颈。

钨Contact 的metal fill 情形

然而同样10 奈米的Contact CD 若采用钴（如下图），其障壁层仅4 奈米，而实际金属层有6 奈米，相较于采用钨更有潜力在7 奈米以下制程持续发展。

钴Contact 的metal fill 情形

金属材料变革将影响中国半导体设备的研发方向

目前中国半导体设备以蚀刻、薄膜及CMP 发展脚步最快，此部分将以打入主流厂商产线、取得认证并借此建立量产数据为目标，朝向打入先进制程的前段电晶体制程之远期目标相当明确，然而相较国际主流半导体设备厂商的技术水平，中国半导体设备厂商仍是追随者角色，因此钴取代钨和铜的趋势确立，将影响中国半导体设备厂商尤其是蚀刻、薄膜及CMP 的研究发展方向。