电容在电子电路中主要用于滤波、降噪、稳定电源等关键功能,直接影响着芯片性能和可靠性。可以说在芯片中选择合适的电容以及优化设计是很重要的。
平台君注意到在一些芯片中,MOM(金属-氧化物-金属)电容经常被采用。为什么芯片偏爱使用MOM电容?
MOM电容属于金属电容的一种。它是利用金属侧壁之间的电容来构建的,这意味着多个金属结构需要连接在一起,形成类似于交叉的手指形状,因此也被称为“金属叉指电容”。
金属叉指电容的版图
(图源:IPBrain平台)
这种结构使得MOM电容能够有效地储存电荷,同时占据较小的芯片面积,这对于芯片的高密度集成显得尤为重要。这对于需要频繁进行信号滤波和电源稳定的高性能电路来说,是非常有吸引力的。
同时MOM电容紧凑的设计有助于优化热量分布,减少局部过热现象,这对于维持芯片的稳定运行至关重要。
如下图为两根金属走线,可以看到金属的高度实际比宽度要大,如果两根金属离得足够近的话,这个电容的容值是相当可观的。
金属线间距示意图
(图源:IPBrain平台)
此外,由于MOM电容的金属层是通过制程工艺精确定义的,其制造过程相对简单,有助于提高芯片的整体可靠性。
平台君带大家一起来看一下芯片中的MOM电容。
1、 180纳米级芯片LMX2572
LMX2572是TI公司的一款具有相位同步功能和JESD204B支持的6.4GHz低功耗宽带射频合成器。
芯片简介
(图源:芯片规格书)
芯片图像
(图源:IPBrain平台)
上图芯片图像上红框框取位置是MOM电容,此处电容由金属M4层线构建的。
下面给出了该芯片中多层金属走线的MOM电容特征图像。
MOM电容特征图像
(图源:IPBrain平台)
2、90纳米级芯片Si4464
Si4464是Silicon公司的一款高性能、低电流收发器。该芯片工艺尺寸是90纳米,金属层数有8层。
芯片简介
(图源:芯片规格书)
芯片图像
(图源:IPBrain平台)
上图芯片图像上红框框取位置是MOM电容,此处电容由金属M4、M5层线构建的。
下面给出了该芯片中其他MOM电容特征图像。
MOM电容特征图像
(图源:IPBrain平台)
3、28纳米级芯片QET7100
QET7100是高通公司的一款包络跟踪电源。支持多模、多输出、多个功率放大器(PA)的宽带包络追踪解决方案,支持全球5G Sub-6GHz和LTE频段。
该芯片工艺尺寸是28纳米,金属层数有9层。
芯片图像
(图源:IPBrain平台)
上图芯片图像上红框框取位置是MOM电容,下面给出了该芯片中其他MOM电容特征图像。
MOM电容特征图像
(图源:IPBrain平台)
金属电容和其他器件不同,并不是利用特定的器件材料制成,而是就地取材,利用芯片中本来就有的走线资源进行制作,因此有很大的任意性。
同一个芯片中,金属电容所用的层数,堆叠方式可能有很大差异。如上面展示的芯片中采用多层金属层叠方案,这是为了增大电容密度。
芯片的走线都是由金属构成,在早期的工艺中,金属之间的间距很大,使用这些金属来制作电容,电容值很小,且浪费走线空间。
随着工艺的发展,金属走线间的间距越来越小,金属层数也越来越多,原来不被看好的金属电容渐渐的被重视起来。

