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在模拟 IC 电路设计中，会经常使用到电容。芯片内部的电容一般使用金属当作上下基板，但是这种金属电容缺点是消耗面积太大。为了作为替代，在一些对电容要求不是很高的电路中，有人想到了使用 MOS 管。
对于 CMOS 工艺，集成电容一般有 MIM, MOM 和 MOS 电容三类。MIM 和 MOM 电容二端都是金属，线性度较高，可用于 OPA 补偿电容等，MOS 电容一般需要一端接地或电源，且线性度差，一般做大电容滤波使用。
关于 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 结构
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%。
关于 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 结构
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。
关于 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，示意图如下：
P 型半导体的 MOS 电容结构：顶端的金属，称为门极，相对于基底的 P 型半导体施加负向偏置电压。门极的金属端将聚集负电荷，同时呈现出如下图中箭头所示方向的电场。
PMOS 电容
N 型半导体形成的 MOS 电容机制与 P 型半导体相类似。下图是 N 型半导体 MOS 电容的结构示意图，在门级施加正向偏置电压时，在门级产生正电荷，感应产生出相应的电场；同时在氧化物 - 半导体界面处产生电子聚集层。
NMOS 电容
某些工艺下，为了避免反型，专门的 MOS 管构成 MOS 电容，会将 NMOS 管放在 n 阱，即当栅压为 0 时候，MOS 管已经开启了，阈值电压 Vth 接近为 0，当 Vgs>0 时候电容值趋于稳定，这种结构称为积累型 MOS 电容，常称为 native MOS，下图是这种类型电容结构。
积累型 MOS 电容结构
MOS 管电容的原理
MOS 管形成电容的主要原理，就是利用 gate 与沟道之间的栅氧作为绝缘介质，gate 作为上极板，源漏和衬底三端短接一起组成下极板。
它的源漏和沉底连到一起到地，gate 上有一个电压源。
当 gate 的电源大到一定程度，超过阈值电压 Vth，会引起源漏之间出现反型层，即沟道形成，这样栅氧就充当了 gate 与沟道之间的绝缘介质，一个电容就形成了。
这个电容的单位面积大小，与栅氧的厚度和介电常数有关。如果 gate 电压是个比地还低的电压，这个时候源漏之间的 N 型沟道不能形成，但是却会使 P 型衬底的空穴在栅氧下方累积。
如此一来，gate 与衬底之间仍然会形成电容，此时的绝缘介质仍是栅氧，所以此时与形成沟道时的电容大小几无二致。
如果 gate 电压处在一个不尴不尬的位置，既不能使源漏之间形成沟道，也不能使 P 型衬底的空穴在上方积累。此时可以认为，栅氧下方会形成一个空间电荷区，这个空间电荷区是电子与空穴结合后形成的区域，所以它不带电，是一个“绝缘体”。
由此，你应该清楚了，这个“绝缘体”会与栅氧这个绝缘体相叠加，导致等效的绝缘介质厚度增加，所以电容值随之下降。
MOS 电容的优缺点：
MOS 电容主要的优势就是节省面积、方便；缺点则是，MOS 电容其实是个“压控电容”，当上下两个极板的压差发生变化，容值也会跟着改变，这在要求高精度的电路中，几乎是致命的。在微弱信号采集的前端模拟电路中，MOS 电容并不适用。
MIM、MOM、MOS 电容的比较
MOS 电容：两端结构的 mos 管，电容值不精确，可以实现随控制电压变化而变化的容值，上下极板接法不可互换。
MOM 电容：finger 插指电容，即利用同层 metal 边沿之间的 C。为了省面积，可以多层 metal 叠加，PDK 中 metal 层数可以选择。一般只在多层金属的先进制程上使用，因为是通过多层布线的版图来实现的，但得到的电容值确定性和稳定性不如 MIM，一般可能会用在那种对电容值要求不高，只是用到相对比值之类的应用。上下极板接法可互换。
MIM 电容：类似于平板电容，电容值较精确，电容值不会随偏压变化而变化，一般制程上用 mTOP l & mTOP -1 来做，电容值可以用上级板面积 * 单位容值来进行估算，上下极板接法不可互换，一般用于 analog，RF 工艺。
相同面积的三个电容，电容值 MIM<MOM，MIM 约是 1 /3 MOS 电容值.
MOM 电容优势在于不需要额外 mask，MIM 需要额外 mask 和工艺才能实现。
额外再介绍下 Poly-to-Poly 电容。
Poly-to-Poly 电容
要实现 Poly-to-Poly 电容，必须有两层 Poly 的 CMOS 结构。
缺点：两层 poly 工艺，单位面积电容值小，底层 poly 和 P -sub 之间会形成大的寄生电容。
目前使用 Poly-to-Poly 电容的已经不多。
