¿Qué condensadores están disponibles en el diseño de chips?

He oído hablar de las tapas MIM y las tapas MOM en el diseño de chips; ¿Cuáles son las diferencias entre ellos? ¿Qué otros tipos de capacitores están disponibles para los diseñadores de chips? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas relativas entre los tipos?

Los condensadores MIM (Metal-Insulator-Metal) y MOM (Metal-Oxide-Metal) son condensadores de metal a metal.

En los condensadores MIM, las placas metálicas se apilan unas encima de otras y se separan mediante una capa (delgada) de óxido de silicio. Por lo general, este óxido delgado se fabrica en una etapa de procesamiento especial, ya que el óxido "normal" entre las capas de metal es mucho más grueso (por su robustez), lo que daría como resultado una capacidad mucho menor por área. He visto que las tapas MIM proporcionan alrededor de 1-2 femto Faradios por micrómetro cuadrado.

La mayoría de los condensadores MIM usan Metal 5 como la placa inferior, una capa delgada de óxido y luego un "Metal MIM" como la placa superior que luego se conecta con vías al Metal 6, que será la conexión de placa superior utilizable. No se permiten conexiones directas al "Metal MIM".

También he visto estructuras de "doble MIM" donde hay una segunda capa delgada de óxido en la parte superior del "Metal MIM" que se conecta (a través del Metal 6) a la placa inferior del Metal 5. Esto puede casi duplicar la densidad de un límite MIM.

Otro tipo de condensador es el condensador Fringe, que usa solo una capa de metal. Este capacitor se basa en la capacitancia marginal (capacitancia lateral). Una vista superior se vería así:

Los condensadores MOM se componen de condensadores de flecos apilados

De estos tres, el límite MIM ofrece la capacidad más alta por área en mi experiencia.

Eso resume los condensadores de metal que:

• puede tener valores bastante precisos, para una gran capitalización. la tolerancia puede ser del 1%

• la capacitancia es independiente del voltaje, en otras palabras, estas tapas son muy lineales.

• a menudo puede colocar estas tapas encima de otros circuitos, ya que son solo de metal.

• pueden ocupar bastante área.

• Para la tapa MIM (con óxido delgado) A menudo existen reglas de diseño especiales para evitar ESD y daños de fabricación.

Otros tipos de condensadores son los no metálicos:

Condensadores MOS: a menudo son como un PMOS donde la puerta es la placa superior y las conexiones de drenaje / fuente son la placa inferior. ¡El valor del condensador MOS depende mucho del voltaje de CC aplicado!

Condensadores basados ​​en diodos: estos son básicamente varicaps ya que su capacitancia cambia con el voltaje de CC.

Ambas tapas son no lineales ya que su capacitancia cambia con el voltaje de polarización de CC aplicado (a diferencia de las tapas de metal que no sufren esto).

Su densidad puede ser mayor que una tapa MIM, siempre y cuando se polarice DC estos condensadores en el voltaje correcto. Para el desacoplamiento de suministro local (donde el voltaje de CC es constante de todos modos), especialmente el condensador MOS es bastante útil.

MIM es un condensador de metal aislante de metal, por lo que necesita dos capas de metal paralelas y tiene un alto$\kappa$dieléctrico entre ellos. Un condensador de MOM es metal-óxido-metal, y generalmente se fabrica al intercalar metales con el óxido de proceso (SiO$_2$, por ejemplo, pero podría ser SiN, etc.). Esos son realmente los dos únicos tipos que se pueden usar en el diseño de circuitos integrados.

La ventaja de las tapas MIM es la mayor capacitancia por unidad de área, pero requieren más pasos de proceso para realizar. Por el contrario, las tapas de MOM tienen una capacitancia más baja por unidad de área, pero se pueden hacer sin pasos específicos, ya que es un proceso final de línea. Sin embargo, con los procesos nanométricos, las mayúsculas MOM pueden ser tan eficientes en cuanto al espacio como las mayúsculas MIM, ya que puede incluir más dígitos.