Kapasitor apa yang tersedia dalam desain chip?

Saya pernah mendengar tentang topi MIM dan topi MOM dalam desain chip; apa perbedaan di antara mereka? Apa, jika ada, jenis kapasitor lain yang tersedia untuk perancang chip? Apa keuntungan dan kerugian relatif antara jenis?

Kapasitor MIM (Logam-Insulator-Logam) dan MOM (Logam-Oksida-Logam) keduanya merupakan kapasitor logam-ke-logam.

Dalam kapasitor MIM, pelat logam ditumpuk satu sama lain dan dipisahkan oleh lapisan oksida silikon (tipis). Biasanya oksida tipis ini dibuat dalam langkah pemrosesan khusus karena oksida "normal" antara lapisan logam jauh lebih tebal (untuk ketahanan), yang akan menghasilkan kapasitansi yang jauh lebih kecil per area. Saya telah melihat topi MIM menyediakan sekitar 1-2 femto Farads per mikrometer persegi.

Kebanyakan kapasitor MIM menggunakan Metal 5 sebagai pelat bawah, lapisan oksida tipis, dan kemudian "Metal MIM" sebagai pelat atas yang kemudian dihubungkan dengan vias ke Metal 6 yang akan menjadi sambungan pelat atas yang dapat digunakan. Koneksi langsung ke "MIM Logam" tidak diizinkan.

Saya juga telah melihat struktur "dual MIM" di mana ada lapisan oksida tipis kedua di atas "MIM Logam" yang menghubungkan (melalui Logam 6) ke pelat bawah Logam 5. Ini hampir dapat menggandakan kepadatan topi MIM.

Jenis lain dari kapasitor adalah kapasitor Fringe, yang hanya menggunakan satu lapisan logam. Kapasitor ini mengandalkan kapasitansi pinggiran (capacitance samping). Tampilan atas akan terlihat seperti:

Kapasitor MOM terdiri dari kapasitor pinggiran bertumpuk:

Dari ketiga ini, tutup MIM memberikan kapasitansi tertinggi per area dalam pengalaman saya.

Itu meringkas kapasitor Logam yang:

• dapat memiliki nilai yang cukup akurat, untuk topi besar. toleransi bisa 1%

• kapasitansi tidak tergantung pada tegangan, dengan kata lain, tutup ini sangat linier.

• sering kali Anda dapat menempatkan tutup ini di atas sirkuit lain karena hanya terbuat dari logam.

• mereka dapat mengambil cukup banyak area.

• Untuk tutup MIM (dengan oksida tipis) Seringkali ada aturan desain khusus untuk mencegah ESD dan kerusakan pabrikan.

Jenis kapasitor lainnya adalah yang non-logam:

Kapasitor MOS: ini sering seperti PMOS di mana gerbang adalah pelat atas dan koneksi Drain / Sumber adalah pelat bawah. Nilai kapasitor MOS sangat tergantung pada tegangan DC yang diterapkan!

Kapasitor berbasis dioda: ini pada dasarnya adalah varicaps karena perubahan kapasitansinya dengan tegangan DC.

Kedua tutup ini tidak linier karena perubahan kapasitansinya dengan tegangan biasing DC yang diterapkan (berlawanan dengan tutup logam yang tidak mengalami hal ini).

Kepadatannya bisa lebih tinggi dari tutup MIM asalkan Anda DC-bias kapasitor ini pada tegangan yang tepat. Untuk decoupling suplai lokal (di mana tegangan DC konstan), terutama kapasitor MOS cukup berguna.

MIM adalah kapasitor logam-insulator-logam, sehingga membutuhkan dua lapisan logam paralel dan memiliki$\kappa$dielektrik di antara mereka. Kapasitor MOM adalah logam-oksida-logam, dan biasanya dibuat dengan menghubungkan logam dengan oksida proses (SiO$_2$, misalnya, tetapi bisa jadi SiN dll). Itu benar-benar hanya dua jenis yang dapat digunakan dalam desain IC.

Keuntungan dari tutup MIM adalah kapasitansi yang lebih tinggi per satuan luas, tetapi membutuhkan lebih banyak langkah proses untuk membuatnya. Sebaliknya, tutup MOM memiliki kapasitansi yang lebih rendah per satuan luas tetapi dapat dibuat tanpa langkah-langkah spesifik karena merupakan proses akhir dari garis. Namun, dengan proses nanometer, tutup MOM dapat seefisien ruang dengan tutup MIM karena Anda dapat memasukkan lebih banyak digit.