Ich habe von MIM-Kappen und MOM-Kappen im Chip-Design gehört. Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? Welche anderen Kondensatortypen stehen Chip-Designern zur Verfügung? Was sind die relativen Vor- und Nachteile zwischen den Typen?
MIM-Kondensatoren (Metall-Isolator-Metall) und MOM-Kondensatoren (Metalloxid-Metall) sind beide Metall-Metall-Kondensatoren.
In MIM-Kondensatoren werden Metallplatten übereinander gestapelt und durch eine (dünne) Schicht aus Siliziumoxid getrennt. Normalerweise wird dieses dünne Oxid in einem speziellen Verarbeitungsschritt hergestellt, da das "normale" Oxid zwischen Metallschichten viel dicker ist (aus Gründen der Robustheit), was zu einer viel geringeren Kapazität pro Fläche führen würde. Ich habe gesehen, dass MIM-Kappen ungefähr 1-2 Femto-Farad pro Quadratmikrometer liefern.
Die meisten MIM-Kondensatoren verwenden Metall 5 als Bodenplatte, eine dünne Oxidschicht und dann ein "Metall-MIM" als Deckplatte, die dann mit Durchkontaktierungen mit Metall 6 verbunden wird, das die verwendbare Verbindung der oberen Platte darstellt. Direkte Verbindungen zum "Metal MIM" sind nicht erlaubt.
Ich habe auch "Dual MIM" -Strukturen gesehen, bei denen sich auf dem "Metal MIM" eine zweite dünne Oxidschicht befindet, die (über Metall 6) mit der Metall 5-Bodenplatte verbunden ist. Dies kann die Dichte einer MIM-Kappe fast verdoppeln.
Ein anderer Kondensatortyp ist der Randkondensator, der nur eine Metallschicht verwendet. Dieser Kondensator beruht auf der Streifenkapazität (Seitenkapazität). Eine Draufsicht würde aussehen wie:
MOM-Kondensatoren bestehen aus gestapelten Randkondensatoren:
Von diesen dreien bietet die MIM-Kappe meiner Erfahrung nach die höchste Kapazität pro Bereich.
Das fasst die Metallkondensatoren zusammen, die:
kann für eine große Kappe ziemlich genaue Werte haben. Toleranz kann 1% betragen
Die Kapazität ist unabhängig von der Spannung, mit anderen Worten, diese Kappen sind sehr linear.
Oft können Sie diese Kappen auf andere Schaltkreise setzen, da sie nur aus Metall bestehen.
Sie können ziemlich viel Fläche einnehmen.
Für die MIM-Kappe (mit dem dünnen Oxid) gibt es häufig spezielle Konstruktionsregeln, um ESD- und Herstellungsschäden zu vermeiden.
Andere Kondensatortypen sind nichtmetallische:
MOS-Kondensatoren: Diese ähneln häufig einem PMOS, bei dem das Gate die obere Platte und die Drain / Source-Anschlüsse die untere Platte sind. Der Wert des MOS-Kondensators hängt stark von der angelegten Gleichspannung ab!
Kondensatoren auf Diodenbasis: Dies sind im Grunde Varicaps, da sich ihre Kapazität mit der Gleichspannung ändert.
Diese beiden Kappen sind nicht linear, da sich ihre Kapazität mit der angelegten DC-Vorspannung ändert (im Gegensatz zu den Metallkappen, die nicht darunter leiden).
Ihre Dichte kann höher sein als eine MIM-Kappe, vorausgesetzt, Sie spannen diese Kondensatoren mit der richtigen Spannung auf Gleichstrom vor. Für die lokale Entkopplung der Versorgung (wo die Gleichspannung ohnehin konstant ist) ist insbesondere der MOS-Kondensator sehr nützlich.
Vorteil der MIM-Kappen ist die höhere Kapazität pro Flächeneinheit, für die jedoch mehr Prozessschritte erforderlich sind. Umgekehrt haben MOM-Kappen eine geringere Kapazität pro Flächeneinheit, können jedoch ohne bestimmte Schritte hergestellt werden, da es sich um einen Back-End-of-Line-Prozess handelt. Bei Nanometerprozessen können MOM-Kappen jedoch genauso platzsparend sein wie MIM-Kappen, da Sie mehr Ziffern einfügen können.