MOM电容简介

MOM电容简介 Notice：这篇文章是论文Roberto Aparicio and Ali Hajimiri, Capacity Limits and Matching Properties of Integrated Capacitors，JSSC 2002的摘要。 可以实现片上电容的几个方式包括：结电容、栅电容、金属-多晶、金属-金属（Intra-metal）电容等等。 通常我们对于片上电容的所考虑的几个指标：单位面积电容值、相邻电容的匹配值、下极板寄生电容、击穿电压、绝对精度等；若是对于RF应用，还会考虑电容的自谐振频率、品质因数等。 定义单位面积的电容值为“电容密度”。在需要高电容密度的场合：可以使用结电容、栅电容。但是这两种电容的线性度、品质因数都较差，击穿电压低。并且需要合适的偏置电压，并且与PVT相关度大。 因此，较为精确的电容，目前都是金属-多晶、金属-金属的形式。 Intra-metal Capacitor的两种形式：Horizontal Parallel Plate（指不同层之间的层间电容、也包括MIM），以及Vertical Parallel Plate（指同一层金属相邻走线之间的电容）。   先进工艺下，Lmin和Wmin要小于tox和tmetal。并且光刻和刻蚀（控制Lmin和Wmin）的工艺精度要大于沉积（控制tox和tmetal）的工艺精度。从中可以得出结论： 1、 先进工艺下，MIM的电容密度并不比MOM高；并且如果希望得到最大的电容密度，应该同时充分利用层间（vertical）电容和侧壁（lateral）电容。 2、 更大的电容密度意味着更小的电容面积，通常意味着小的寄生电阻，并以此带来更高的自谐振频率和品质因数，小的下极板寄生。===>  即，更接近于理想电容。 3、 但是，在电容中应用层间电容分量会降低匹配度，因此需要精确匹配的电容应该避免使用层间电容分量。   几种Intra-metal Capacitor的实现方式： 其中，PW和Woven都是同时利用了层间电容和侧壁电容： 1、 PW和Woven电容可以获得与HPP相似的线性度，但是可以获得更大的电容密度以及单位电容下更小的下极板寄生。 2、 由于引入了层间电容，因此相邻电容之间的失配程度要大于仅利用侧壁电容的结构。 3、 PW和Woven由于结构复杂，精确的计算电容值十分困难。因此，对于需要知道电容值的场合，我们倾向于使用结构较为规则的电容。   几种 Pure Lateral-Field Capacitors： Pure Lateral-Field Capacitors具有最好的匹配精度，并且对于金属线间间距（即极板之间距离）呈现良好的平方反比关系。 其中，VB更充分的利用了侧壁电容，但是因为需要消耗至少一层来引出电容两个极板，因此实际上的电容密度未必高于VPP。MVB是VPP与VB之间的过渡类型。 MVPP是VPP的变种，适用于各层线间距要求不同的场合，但是因为引入了层间电容分量，因此匹配度变差。   论文给出的测试结果： 工艺为Purely Digital CMOS 7-metel，Lmin=Wmin=0.24um，tox=0.7um，tmetal=0.53um