コバルト・ルテニウム配線とは　幅12nmより細い線で銅の弱みを補う候補

コバルト（Co）とルテニウム（Ru）は、半導体の配線に使う候補の金属です。今のチップの配線の多くは銅ですが、線が細くなると銅の弱みが目立ちます。そこで、最も細い層や、上下の層をつなぐ小さな穴（ビア）で、ほかの金属を使う研究が進んできました。

なぜ銅では苦しくなるのか

銅の線は、周りをバリアやライナーと呼ぶ薄い膜で包んで作ります。線の幅が細くなっても、膜は簡単には薄くできません。すると、線のうち電気をよく通す銅の割合が減り、抵抗が上がります。imecは、最も細い層の配線の間隔が20nmを下回ると、銅のデュアルダマシンの作り方が行き詰まると見ています。

imecの2018年6月の発表によると、銅のバリアに使う窒化タンタルの膜は2nm未満まで薄くできます。銅とコバルトやルテニウムの膜を組み合わせる方法もあります。コバルトでは、バリアをなくすか、1nm未満にすることが次の段階だとしています。

コバルトとルテニウムの比べ方

imecの主な発表

時期	内容
2018年6月	断面300nm2（幅12nm、3nmの世代に相当）までは銅がコバルトより抵抗が低い。それより細い線と小さなビアではコバルトが有利
2024年10月	ルテニウムを使うセミダマシンの第1世代を、A10かA7の世代（間隔18nm）に想定
2025年6月	間隔16nm、長さ10µmのルテニウムの線で平均656Ω/µm。間隔18〜22nmではウエハー全体で90%以上の歩留まり

2018年の実験では、バリアのないコバルトのビアで、電流や熱をかけても空洞ができませんでした。imecは、コバルトのほうが小さな寸法に向いていることを示す結果だと説明しています。

ルテニウムは「削って作る」

銅の配線は、溝を掘って金属を埋める方式で作ります。ルテニウムは、先に平らな膜を付け、エッチングで不要な部分を削って線を残す方式に使えます。imecの2025年の実証では、幅8nmの線を作りました。間隔16nmの試料のうち、抵抗の目標を満たしたのは40%でした。対象は、A7以降の世代の最も下の配線の層（M0）です。

配線の膜の材料をつくるJX金属は、半導体用のスパッタリングターゲットの生産能力を2027年度から順に1.3倍にする計画です。2026年4〜9月期の薄膜材料の営業利益は335億円でした。

関連する用語

• 配線（BEOL）：トランジスタの上に重ねる金属の配線。
• ダマシン：絶縁膜に溝を掘り、金属を埋めて磨く作り方。
• ビア：上下の配線の層をつなぐ小さな穴。