在带有多图案化的技术中带有相关误差抑制和改进的系统不匹配的电容器结构技术方案

本发明专利技术题为“在带有多图案化的技术中带有相关误差抑制和改进的系统不匹配的电容器结构”。本发明专利技术描述了电容器阵列和操作数模转换器的方法。在实施方案中，电容器阵列包括单位电容器(Cu)结构，该Cu结构通过单位电容值来表征；多个不同的超级单位电容器结构；以及多个不同的子单位电容器结构，每个不同的子单位电容器结构具有由单位电容值的分数定义的不同电容。电容。电容。

【技术实现步骤摘要】
在带有多图案化的技术中带有相关误差抑制和改进的系统不匹配的电容器结构
[0001]分案说明
[0002]本申请是于2019年04月30日提交的申请号为201910360482.4、名称为“在带有多图案化的技术中带有相关误差抑制和改进的系统不匹配的电容器结构”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0003]本文描述的实施方案涉及在半导体设备中使用的电容器。更特别地，本文描述的实施方案涉及数模转换器内的电容器。

技术介绍

[0004]由于电荷域操作的性质和相对良好的匹配，所以诸如电容器数模转换器(DAC)的电容阵列已广泛用于功率有效的中到高精度应用程序中。电容阵列经常占据硅面积的良好部分，并且电容阵列的大小直接影响电路性能，诸如功率、面积和速度。传统上，需要大电容阵列以改进最低有效位(LSB)电容器的匹配精度。相反地，小电容阵列大小往往指示用于形成电容器的电容器端子之间的小间距和更差的匹配。

技术实现思路

[0005]描述了电容器阵列和操作数模转换器的方法。根据实施方案的电容器阵列可包括子单位电容器结构，其中考虑次级效应电容器以实现单位电容器结构的分数匹配。还有，选取单位电容器中的非重叠的不同位置集以形成分数电容器值集。可利用这样的配置，使来自从所有分数电容器值的和到单位电容器值的转变的微分非线性(DNL)误差最小化。
附图说明
[0006]图1是根据实施方案的模数转换器(ADC)的框图。
[0007]图2是根据实施方案的电容器阵列的布局图。
[0008]图3是根据实施方案的子单位电容器内的相关误差的图解例示。
[0009]图4是根据实施方案的将位指定给子单位电容器用于x011111到x10000转变的示意图。
[0010]图5是示出根据实施方案的用于x011111到x10000转变的两个模拟值之间的微分非线性的关系的绘图。
[0011]图6是根据实施方案的电容器结构内的三个金属层的布局图，示出了所使用的术语。
[0012]图7是根据实施方案的电容器结构内的两个连接的金属层和通孔的视图的透视图，示出了所使用的术语。
[0013]图8A
‑
图8F是根据实施方案的单位电容器结构和分数子单位电容器结构内的金属
层的示意性俯视图。
具体实施方式
[0014]实施方案描述电容器阵列和操作数模转换器的方法。特别地，实施方案描述了电容器阵列，其中用次级效应电容器和由平行金属线形成的初级层内电容器的组合获得电容值。还有，以使得来自相关误差的阵列的微分非线性(DNL)被抑止的方式设计电容器。
[0015]在一个方面，已经观察到，用包括多图案化的技术节点，阵列中的电容器之间的系统不匹配可容易地显现，因为相同金属层中的金属线被制备成多相，其中其间可发生相位不对准。根据实施方案的金属对金属(MOM)电容器结构可与以多图案化为特征的技术节点兼容。已经以使得已经大大抑制来自相关误差的阵列的微分非线性(DNL)的方式设计阵列中的电容器。针对阵列的面积效率，制作了带有单位电容器的分数值的电容器集。仔细检查单位电容器和带有分数值的此类电容器集之间的系统不匹配(由于二阶效应)。与传统阵列相比，通过在一个方向上对准电容器来形成阵列，而没有额外的路由开销。
[0016]在实施方案中，电容器阵列包括单位电容器(Cu)结构，单位电容器(Cu)结构通过单位电容值来表征；多个不同的超级单位电容器结构，每个不同的超级单位电容器结构具有由单位电容值的倍数定义的不同电容；以及多个不同子单位电容器(子Cu)结构，每个不同子单位电容器结构具有由单位电容值的分数定义的不同电容。倍数和分数可为基于整数的。例如，每个不同的超级单位电容器结构可具有由对应于2^m的单位电容值的倍数定义的不同电容，其中(m)是从1到对应于电容器阵列的最高有效位(MSB)的最大倍增(m_max)的整数值。类似地，每个不同的子单位电容器结构可具有由对应于1/(2^n)的单位电容值的分数定义的不同电容，其中(n)是从1到对应于电容器阵列的最低有效位(LSB)的最大细分(n_max)的整数值。
[0017]根据实施方案，利用误差抑制技术以更易于缩小尺寸且系统地匹配与子单位电容器相关联的小电容的误差。利用本文公开的技术，带有1/4Cu、1/8Cu和更小的(诸如1/16Cu)电容值的子单位电容器是可能的。
[0018]在各种实施方案中，参照附图来进行描述。然而，某些实施方案可在不存在这些具体细节中的一个或多个具体细节或者不与其他已知的方法和构型相结合的情况下被实施。在以下的描述中，示出许多具体细节诸如特定构型、尺寸工艺等，以提供对实施方案的透彻理解。在其他实例中，尚未特别详细地描述众所周知的过程和制造技术，以便不会不必要地模糊实施方案。整个说明书中所提到的“一个实施方案”是指结合实施方案所描述的特定特征、结构、构型或特性被包括在至少一个实施方案中。因此，整个说明书中多处出现短语“在一个实施方案中”不一定是指相同的实施方案。此外，特定特征、结构、构型或特性可以任何适当的方式组合在一个或多个实施方案中。
[0019]现在参考图1，提供了根据实施方案的模数转换器(ADC)的框图。ADC 100是SAR ADC的实施方案，SAR ADC可包括在片上系统(SoC)设备中。ADC 100包括SAR控制单元101、数模转换器(DAC)103和比较器电路105。ADC 100接收将测量的输入信号110、参考信号112，并且经由系统总线114与SoC的其他部分通信。
[0020]SAR控制单元101可对应于状态机或其他合适的处理单元，状态机或其他合适的处理单元被设计为调节信号并将信号路由到DAC 103和比较器105，以便确定对应于输入信号
的电压电平的数字值。在操作中，SAR控制单元101可经由系统总线114接收命令以开始输入信号110的电压电平的测量。响应于接收命令，SAR控制单元调节DAC 103中的开关以将输入信号110耦接到DAC 103内的多个电容器107中的每个的第一端子，并且调节开关以将电容器107中的每个的第二端子耦接到接地信号。电容器107中的每个将开始充电，并且SAR控制单元101允许各种电容器充电到等于输入信号110的电压电平的电压电平，此时SAR控制单元101将第一端子与输入信号110去耦。该过程有时被称为“对输入进行采样”。
[0021]DAC 103被实施为电容DAC，即，使用电容器阵列而不是诸如在电阻DAC中使用的电阻器阵列。DAC 103可从SAR控制单元101接收一系列数字信号，并且作为响应，输出对应的电压电平。DAC 103包括电容器107和多个开关，多个开关使得电容器107中的每个的第一端子能够独立地耦接到输入信号110或参考信号112。电容器107可被设计为使得电容器具有彼此的细分的电容值。例如，电容器阵列可基于单位电容器(Cu)和单位电容器(Cu)的多个分数作为子单位电容器(例如，1/2C、1/4C、1/8C、1/16C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容器阵列，包括：跨越电容器结构组的相同的金属层阵列，使得所述电容器组中的每个电容器结构包括所述金属层阵列，并且所述电容器结构组包括以单位电容值为特征的单位电容器(Cu)结构、多个不同的超级单位电容器结构，以及多个不同的子单位电容器结构；其中所述不同的超级单位电容器结构中的每一个具有由所述单位电容值的倍数所定义的不同电容，并且所述不同的子单位电容器结构中的每一个具有由所述单位电容值的分数所定义的不同电容；并且其中所述电容器结构组中的每个电容器结构包括：多个下金属线，包括在所述电容器结构的第一下半部中的第一下半部金属线以及在所述电容器结构的第二下半部中的第二下半部金属线，所述电容器结构的所述第二下半部与所述电容器结构的所述第一下半部不重叠；多个上金属线，包括在所述电容器结构的第一上半部中的第一上半部金属线以及在所述电容器结构的第二上半部中的第二上半部金属线，所述电容器结构的所述第二上半部与所述电容器结构的所述第一上半部不重叠，所述多个上金属线与所述多个下金属线正交。2.根据权利要求1所述的电容器阵列，包括Cu结构端子，所述Cu结构端子与以下项耦合：所述第一下半部金属线和所述第二下半部金属线以及所述第一上半部金属线和所述第二上半部金属线。3.根据权利要求2所述的电容器阵列，其中所述Cu结构包括位于所述电容器结构的所述第一下半部、所述第一上半部和第二上半部中的第一组通孔，用以电连接所述Cu结构的所述第一下半部金属线和所述第一上半部金属线。4.根据权利要求2所述的电容器阵列，其中所述多个不同的子单位电容器结构包括1/2子单位电容器结构，所述1/2子单位电容器结构具有所述Cu结构的1/2单位电容的电容值。5.根据权利要求4所述的电容器阵列，其中所述1/2子单位电容器结构包括1/2子单位电容器结构端子，所述1/2子单位电容器结构端子与第二组金属线耦合，所述第二组金属线基本上仅分布在所述1/2子单位电容器结构的所述第一下半部金属线和所述第一上半部金属线之中。6.根据权利要求5所述的电容器阵列，其中所述1/2子单位电容器结构包括位于所述电容器结构的所述第一下半部和所述第一上半部中的第二组通孔，用以电连接基本上仅分布在所述1/2子单位电容器结构的所述第一下半部金属线和所述第一上半部金属线之中的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，M，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：