MIM (metal一 insulator一 metal)電容是金屬一絕緣體一金屬電容結(jié)構(gòu)的簡稱。它的結(jié)構(gòu)包括兩個金屬電極,以及金屬電極之間的絕緣層,它是以垂直結(jié)構(gòu)形成,兩個金屬電極用來表示電暈。MIM電容通常比一般電容小得多,一般尺寸從幾十微米到幾百微米。它是用單晶硅、硅基片和金屬電極等物料制造的。
關(guān)于MIM電容
MIM電容(Metal-Insulator-Metal):MIM電容相當(dāng)于一個平行板電容,最頂層二層金屬間距較大,形成的電容容值很小,MIM電容一般由最頂層二層金屬和中間特殊的金屬層構(gòu)成,MIM電容結(jié)構(gòu)如下,CTM和Mt-1中間的介質(zhì)層比較薄,形成的電容密度較高,且在頂層,寄生較小,精度高。
MIM電容主要利用不同層金屬和他們之間的介質(zhì)形成電容。
MIM電容的優(yōu)點:可以利用Via和特殊工藝分別將奇數(shù)層連接(M9, M7, M5)和偶數(shù)層 (M8,M6, M4)連接,這樣可以增加單位面積電容。
MIM電容的缺點:在65nm工藝下,即便用上9層金屬和Poly去構(gòu)建MIM,其單位面積電容也只有(1.4fF/微米平方),而寄生電容Cp可以達到總電容的10%。
關(guān)于MOM電容
MOM電容(Metal-Oxide-Metal):MOM電容一般是金屬連線形成的插指電容,結(jié)構(gòu)如下,隨著工藝技術(shù)的進步,金屬線可以靠的更近,同時會有很多金屬層可以用,因此這種結(jié)構(gòu)的電容密度在先進工藝下會較大,使用更多。
與MIM電容不同,MOM電容是主要利用同層金屬的插指結(jié)構(gòu)來構(gòu)建電容。
MOM電容的優(yōu)點:
-高單位電容值
-低寄生電容
-對稱平面結(jié)構(gòu)
-優(yōu)良RF特性
-優(yōu)良匹配特性
-兼容金屬線工序,無需增加額外工序
在先進CMOS制程中,MOM電容已經(jīng)成為最主要的電容結(jié)構(gòu)。在28nm工藝中,固定電容只有唯一的MOM形式。
關(guān)于MOS電容
MOS晶體管的柵電容可以實現(xiàn)較高的電容密度,但容值會隨著柵電壓的不同會變化,具有較大的非線性,柵壓的不同,晶體管可工作在積累區(qū),耗盡區(qū)和反型區(qū)。反型區(qū)柵氧層下形成大量的反型少子,積累區(qū)則形成大量多子,在這二個區(qū),MOS結(jié)構(gòu)類似于平行板電容,容值近似等于柵氧電容Cox,如圖所示,是MOS晶體管隨柵壓變化容值圖,為了得到較好的線性度,需MOS電容要工作在反型區(qū),即Vgs>Vth。
MOS容值隨柵壓的變化
MOS電容是晶體管的重要組成部分,與PN結(jié)相同,MOS電容也擁有兩個端口。
物理結(jié)構(gòu)
MOS電容可以分為三層,上層是金屬制成的柵電極(gate),下層是半導(dǎo)體制成的基極(substrate),中間層填充了氧化物,通常為SiO2。它只有 gate 和 substrate 兩個端口。
mim、mom電容的區(qū)別
1、產(chǎn)生方式不同:
(1)、MOM 電容:MOM也就是finger 電容,即利用同層metal邊沿之間的C,為了省面積,可以多層metal疊加。
(2)、MIM電容:MIM是利用上下兩層metal之間的C,即極板電容,下極板為Mn,上極板為Mn+1,因為普通的Mn和Mn+1在三維空間隔著氧化層離得比較遠,所以C并不大。
MIM會引入一層光罩(MCT之類),這一層做在Mn上面,Mn+1下面,用Vian與Mn+1相連,所以實際上是Mn與MCt之間的C,極板間距縮小,C變大。
2、Q值不同:
MOM 電容比MIM電容的Q值大。
3、形成不同:
(1)、MOM是使用用來連線的metal自然形成的,可以多層stack插指形成。
(2)、MIM一般用兩層位于TOP metal和Mn-1之間的薄鋁或者用一層薄鋁和Mn-1形成電容。
4、cap不同:
(1)、MOM是fringe cap為主。
(2)、MIM是平板cap為主。
MIM(Metal-Insulator-Metal)電容、MOM(Metal-Oxide-Metal)電容和MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)電容都是常見的電容器件,它們的區(qū)別如下:
1. 結(jié)構(gòu)不同:MIM電容和MOM電容都是由兩個金屬電極之間夾著一層絕緣層組成,而MOS電容則是由金屬電極、氧化物絕緣層和半導(dǎo)體基片組成。
2. 絕緣層材料不同:MIM電容和MOM電容的絕緣層通常是氧化物或氮化物等無機材料,而MOS電容的絕緣層則是氧化硅。
3. 電容值不同:MIM電容和MOM電容的電容值通常較小,一般在幾個皮法以下,而MOS電容的電容值較大,可以達到數(shù)百皮法甚至更高。
4. 應(yīng)用場景不同:MIM電容和MOM電容通常用于高頻電路中,如射頻濾波器、功率放大器等,而MOS電容則廣泛應(yīng)用于模擬電路和數(shù)字電路中,如運算放大器、比較器、時鐘電路等。
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