Quali condensatori sono disponibili nella progettazione di chip?

Ho sentito parlare di tappi MIM e tappi MOM nella progettazione di chip; quali sono le differenze tra loro? Quali altri tipi di condensatori sono disponibili per i progettisti di chip? Quali sono i vantaggi e gli svantaggi relativi tra i tipi?

I condensatori MIM (metallo-isolante-metallo) e MOM (metallo-ossido-metallo) sono entrambi condensatori metallo-metallo.

Nei condensatori MIM, le piastre metalliche sono sovrapposte e separate da uno strato (sottile) di ossido di silicio. Di solito questo ossido sottile viene prodotto in una fase di lavorazione speciale poiché l'ossido "normale" tra gli strati di metallo è molto più spesso (per robustezza), il che comporterebbe una capacità molto inferiore per area. Ho visto tappi MIM fornire circa 1-2 farto femto per micrometro quadrato.

La maggior parte dei condensatori MIM utilizza Metal 5 come piastra inferiore, uno strato di ossido sottile, quindi un "Metal MIM" come piastra superiore che viene quindi collegato con vie al Metal 6 che sarà il collegamento utilizzabile della piastra superiore. Non sono consentite connessioni dirette al "Metal MIM".

Ho anche visto strutture "dual MIM" in cui è presente un secondo strato di ossido sottile sulla parte superiore del "Metal MIM" che collega (tramite Metal 6) alla piastra inferiore di Metal 5. Questo può quasi raddoppiare la densità di un cappuccio MIM.

Un altro tipo di condensatore è il condensatore a frangia, che utilizza solo uno strato di metallo. Questo condensatore si basa sulla capacità della frangia (capacità laterale). Una vista dall'alto sarebbe simile a:

I condensatori MOM sono composti da condensatori di frange impilati:

Di questi tre, il tappo MIM offre la massima capacità per area nella mia esperienza.

Questo riassume i condensatori di metallo che:

• può avere valori abbastanza precisi, per un limite massimo. la tolleranza può essere dell'1%

• la capacità è indipendente dalla tensione, in altre parole, questi tappi sono molto lineari.

• spesso è possibile posizionare questi tappi sopra altri circuiti in quanto sono solo in metallo.

• possono occupare abbastanza area.

• Per il cappuccio MIM (con ossido sottile) Esistono spesso regole di progettazione speciali per prevenire ESD e danni alla produzione.

Altri tipi di condensatori sono quelli non metallici:

Condensatori MOS: questi sono spesso come un PMOS in cui il gate è la piastra superiore e le connessioni Drain / Source sono la piastra inferiore. Il valore del condensatore MOS dipende molto dalla tensione CC applicata!

Condensatori basati su diodi: si tratta sostanzialmente di varicap quando la loro capacità cambia con la tensione CC.

Entrambi questi tappi sono non lineari poiché la loro capacità cambia con la tensione di polarizzazione CC applicata (al contrario dei tappi metallici che non ne soffrono).

La loro densità può essere superiore a quella di un cappuccio MIM, a condizione che i condensatori DC siano polarizzati alla giusta tensione. Per il disaccoppiamento dell'alimentazione locale (in cui la tensione CC è costante), in particolare il condensatore MOS è piuttosto utile.

MIM è un condensatore metallo-isolante-metallo, quindi ha bisogno di due strati metallici paralleli e ha un alto$\kappa$dielettrico tra di loro. Un condensatore MOM è metallo-ossido-metallo, ed è solitamente realizzato interdigiando i metalli con l'ossido di processo (SiO$_2$, ad esempio, ma potrebbe essere SiN ecc.). Questi sono davvero gli unici due tipi che possono essere utilizzati nella progettazione di circuiti integrati.

Il vantaggio dei tappi MIM è la maggiore capacità per unità di area, ma richiedono più fasi di processo. Al contrario, i tappi MOM hanno una capacità inferiore per area unitaria ma possono essere realizzati senza passaggi specifici in quanto è un processo di back-end di linea. Tuttavia, con i processi nanometrici i tappi MOM possono essere efficienti in termini di spazio quanto i tappi MIM in quanto è possibile inserire più cifre.