Quels condensateurs sont disponibles dans la conception des puces?

J'ai entendu parler de bouchons MIM et de bouchons MOM dans la conception de puces; quelles sont les différences entre eux? Quels sont, le cas échéant, d'autres types de condensateurs disponibles pour les concepteurs de puces? Quels sont les avantages et inconvénients relatifs entre les types?

Les condensateurs MIM (Metal-Insulator-Metal) et MOM (Metal-Oxide-Metal) sont tous deux des condensateurs métal sur métal.

Dans les condensateurs MIM, les plaques métalliques sont empilées les unes sur les autres et séparées par une couche (mince) d'oxyde de silicium. Habituellement, cet oxyde mince est fabriqué dans une étape de traitement spéciale car l'oxyde "normal" entre les couches métalliques est beaucoup plus épais (pour la robustesse), ce qui entraînerait une capacité par zone beaucoup moins importante. J'ai vu des bouchons MIM fournir environ 1-2 femto Farads par micromètre carré.

La plupart des condensateurs MIM utilisent Metal 5 comme plaque inférieure, une fine couche d'oxyde, puis un "Metal MIM" comme plaque supérieure qui est ensuite connectée avec des vias au Metal 6 qui sera la connexion de plaque supérieure utilisable. Les connexions directes au "Metal MIM" ne sont pas autorisées.

J'ai également vu des structures "dual MIM" où il y a une deuxième couche mince d'oxyde au-dessus du "Metal MIM" qui se connecte (via Metal 6) à la plaque inférieure Metal 5. Cela peut presque doubler la densité d'un bouchon MIM.

Un autre type de condensateur est le condensateur Fringe, qui utilise une seule couche métallique. Ce condensateur repose sur la capacité marginale (capacité latérale). Une vue de dessus ressemblerait à:

Les condensateurs MOM sont composés de condensateurs à franges empilés:

De ces trois, le capuchon MIM donne la capacité la plus élevée par zone de mon expérience.

Cela résume les condensateurs métalliques qui:

• peut avoir des valeurs assez précises, pour un grand plafond. la tolérance peut être de 1%

• la capacité est indépendante de la tension, en d'autres termes, ces bouchons sont très linéaires.

• souvent, vous pouvez placer ces bouchons sur d'autres circuits car ils sont uniquement en métal.

• ils peuvent occuper beaucoup d'espace.

• Pour le capuchon MIM (avec l'oxyde mince) Il existe souvent des règles de conception spéciales pour éviter les décharges électrostatiques et les dommages de fabrication.

Les autres types de condensateurs sont non métalliques:

Condensateurs MOS: ils sont souvent comme un PMOS où la grille est la plaque supérieure et les connexions Drain / Source sont la plaque inférieure. La valeur du condensateur MOS est très dépendante de la tension continue appliquée!

Condensateurs à diode: ce sont essentiellement des varicaps car leur capacité change avec la tension continue.

Ces deux capuchons sont non linéaires car leur capacité change avec la tension de polarisation CC appliquée (contrairement aux capuchons métalliques qui n'en souffrent pas).

Leur densité peut être supérieure à un plafond MIM à condition de polariser en CC ces condensateurs à la bonne tension. Pour le découplage de l'alimentation locale (où la tension continue est de toute façon constante), le condensateur MOS est particulièrement utile.

Le MIM est un condensateur métal-isolant-métal, il a donc besoin de deux couches métalliques parallèles et a un$\kappa$diélectrique entre eux. Un condensateur MOM est un métal-oxyde-métal et est généralement fabriqué en interdigitant les métaux avec l'oxyde de processus (SiO$_2$, par exemple, mais il pourrait s'agir de SiN, etc.). C'est vraiment les deux seuls types qui peuvent être utilisés dans la conception de circuits intégrés.

L'avantage des bouchons MIM est la capacité supérieure par unité de surface, mais ils nécessitent plus d'étapes de processus. Inversement, les bouchons MOM ont une capacité inférieure par unité de surface mais peuvent être réalisés sans étapes spécifiques car il s'agit d'un processus de fin de ligne. Cependant, avec les processus nanométriques, les bouchons MOM peuvent être aussi économes en espace que les bouchons MIM car vous pouvez y insérer plus de chiffres.