MIM、MOM、MOS电容的区别介绍

MIM、MOM、MOS电容的区别介绍

MIM (metal一 insulator一 metal)电容是金属一绝缘体一金属电容结构的简称。它的结构包括两个金属电极，以及金属电极之间的绝缘层，它是以垂直结构形成，两个金属电极用来表示电晕。MIM电容通常比一般电容小得多，一般尺寸从几十微米到几百微米。它是用单晶硅、硅基片和金属电极等物料制造的。

MIM电容

MIM电容（Metal-Insulator-Metal）：MIM电容相当于一个平行板电容，最顶层二层金属间距较大，形成的电容容值很小，MIM电容一般由最顶层二层金属和中间特殊的金属层构成，MIM电容结构如下，CTM和Mt-1中间的介质层比较薄，形成的电容密度较高，且在顶层，寄生较小，精度高。

MIM电容主要利用不同层金属和他们之间的介质形成电容。

MIM电容的优点：可以利用Via和特殊工艺分别将奇数层连接（M9, M7, M5）和偶数层 (M8，M6, M4)连接，这样可以增加单位面积电容。

MIM电容的缺点：在65nm工艺下，即便用上9层金属和Poly去构建MIM，其单位面积电容也只有（1.4fF/微米平方），而寄生电容Cp可以达到总电容的10%。

MOM电容

MOM电容（Metal-Oxide-Metal）：MOM电容一般是金属连线形成的插指电容，结构如下，随着工艺技术的进步，金属线可以靠的更近，同时会有很多金属层可以用，因此这种结构的电容密度在先进工艺下会较大，使用更多。

与MIM电容不同，MOM电容是主要利用同层金属的插指结构来构建电容。

MOM电容的优点：

• 高单位电容值
• 低寄生电容
• 对称平面结构
• 优良RF特性
• 优良匹配特性
• 兼容金属线工序，无需增加额外工序

在先进CMOS制程中，MOM电容已经成为最主要的电容结构。在28nm工艺中，固定电容只有唯一的MOM形式。

MOS电容

MOS晶体管的栅电容可以实现较高的电容密度，但容值会随着栅电压的不同会变化，具有较大的非线性，栅压的不同，晶体管可工作在积累区，耗尽区和反型区。反型区栅氧层下形成大量的反型少子，积累区则形成大量多子，在这二个区，MOS结构类似于平行板电容，容值近似等于栅氧电容Cox，如图所示，是MOS晶体管随栅压变化容值图，为了得到较好的线性度，需MOS电容要工作在反型区，即Vgs>Vth。

MOS容值随栅压的变化

MOS电容是晶体管的重要组成部分，与PN结相同，MOS电容也拥有两个端口。

物理结构

MOS电容可以分为三层，上层是金属制成的栅电极(gate)，下层是半导体制成的基极(substrate)，中间层填充了氧化物，通常为SiO2。它只有 gate 和 substrate 两个端口。

MIM、MOM电容的区别

1. 产生方式不同：

（1）MOM 电容：MOM也就是finger 电容，即利用同层metal边沿之间的C，为了省面积，可以多层metal叠加。

（2）MIM电容：MIM是利用上下两层metal之间的C，即极板电容，下极板为Mn，上极板为Mn+1，因为普通的Mn和Mn+1在三维空间隔着氧化层离得比较远，所以C并不大。

MIM会引入一层光罩（MCT之类），这一层做在Mn上面，Mn+1下面，用Vian与Mn+1相连，所以实际上是Mn与MCt之间的C，极板间距缩小，C变大。

2. Q值不同：

MOM 电容比MIM电容的Q值大。

3. 形成不同：

（1）MOM是使用用来连线的metal自然形成的，可以多层stack插指形成。

（2）MIM一般用两层位于TOP metal和Mn-1之间的薄铝或者用一层薄铝和Mn-1形成电容。

4. cap不同：

（1）MOM是fringe cap为主。

（2）MIM是平板cap为主。

三种电容的主要区别

1. 结构不同：MIM电容和MOM电容都是由两个金属电极之间夹着一层绝缘层组成，而MOS电容则是由金属电极、氧化物绝缘层和半导体基片组成。

2. 绝缘层材料不同：MIM电容和MOM电容的绝缘层通常是氧化物或氮化物等无机材料，而MOS电容的绝缘层则是氧化硅。

3. 电容值不同：MIM电容和MOM电容的电容值通常较小，一般在几个皮法以下，而MOS电容的电容值较大，可以达到数百皮法甚至更高。

4. 应用场景不同：MIM电容和MOM电容通常用于高频电路中，如射频滤波器、功率放大器等，而MOS电容则广泛应用于模拟电路和数字电路中，如运算放大器、比较器、时钟电路等。