射频BiCMOS技术.ppt

SiGeIC工艺技术实现宽带和低噪声 SiGe工艺采用锗对硅进行掺杂 利用现有的CMOS生产设备或双极工艺设备制造芯片 SiGe技术能够获得比双极器件高得多的速度 用0 5 m工艺很容易达到几百兆的带宽 在相似的功率水平下比双极工艺提供更低的噪声特性 SiGe器件和IC主要应用于低噪声预放大 采集保持 高速A D转换等场合 1 SiGe技术的主要应用领域 SiGe技术主要应用于通讯领域射频前端 1GHz 30GHz 手机 GSM CDMA 3G 无绳电话 DECT 蓝牙技术Blue tooth Zigbee IEEE802 15 1 无线局域网 IEEE802 11b g a 无线保真技术 WirelessFidelity 高速光电通讯 SONET SDH 广播电视网 Internet网电视信号三种传输途径 卫星传输 有线传输 地面无线传输 2 关于无线局域网 相关标准广域网 WWAN GPRS 3G WCDMA CDMA2000 无线通讯局域网 WLAN IEEE802 11b g a系统无线个人网 WPAN 3 无线局域网几种技术标准性能比较 4 SiGeRFIC的主要产品 SiGeRFIC主要产品有 功率放大器 PA 20 5 手机基站 锁相环 PLL 5 6 收发器电路 Transceiver 73 8 变换器 均衡器 放大器 跨阻放大器 限幅放大器 5 高速光纤通讯网络系统中的 射频芯片组 介绍 6 7 8 全套光纤传输收发器芯片组 多路复用器芯片 MUX 多路解调器芯片 DeMUX 互阻抗放大器芯片 TIA 激光驱动器芯片 LaserDriver 调制驱动器芯片 ModulatorDriver 9 10Gbps互阻抗放大器版图 10 0 18 m锗化硅 GiGe BiCMOS技术特征 高速双极型晶体管fT频率高达60GHz 击穿电压BVCE0大于3 3V CMOS工艺为0 18 m 有七层金属布线 包括铝线和铜线 掩膜仅15层 掩膜费用低 与硅0 13 m相当 射频包括了MIN电容 MOS电容 电感 传输线及变容二极管 11 采用SiGe的原因SiGe器件的特点 Si和Ge都是四价元素 具有相同的金刚石结构 但原子量和原子半径相差很大 若形成SiGe单晶材料 晶体结构应力很大 缺陷很多 不能使用 一般是在Si片表面外延一层Si0 7Ge0 3的外延层 12 采用SiGe的原因SiGe器件的特点 SiGe层的电子迁移率大约是纯Si材料的2倍 因此若晶体管基区采用这种高迁移率的SiGe合金 将明显降低噪声 偏置电流和使用功率 大大提高工作频率 实现2GHz以上的射频功能集成 13 采用SiGe的原因SiGe器件的特点 SiGe还具有良好的热传导特性和低的涉漏电流 能够在很宽的工作温度范围内保持稳定的性能 SiGeIC的工艺兼容性好 只要在标准CMOS工艺增加4道工序 TTL工艺增加5道工序 BiCMOS工艺增加一道工序 就能形成SiGeIC兼容工艺线 欧洲ST公司在2000年建立了第一条SiGe生产线 14 HBT SiGe基极的双极晶体管结构 15 HBT SiGe基极的双极晶体管结构 16 应变硅 Strained Silicon 的SiGe技术采用应变硅技术的MOSFET IBM和一些公司开发的这一项技术是 在Si衬底上事先生长数微米厚的SiGe层以释放应力 然后再在SiGe层上淀积全Si层作为MOS管的导电沟道 由于应变Si层载流子迁移率大大提高 因而提高了MOS器件的工作频率 17 SiGe外延工艺 常用的外延工艺分子束外延 MBE 超高真空 10 12mmHg 高温 高于1100C 化学汽相淀积 CVD 常压或低压高温 高于1100C 这两种方法都不适用 因为高温过程容易造成缺陷 也难于产生正确配比的掺杂物 SiGe外延采用的方法 特高真空化学汽相淀积法 UHV CVD 18 IBM推出两种SiGe CMOS工艺 IBM公司 位于纽约州的EastFishkill 为了优化射频与通信系统所用芯片的制造 提高性能 降低功耗 以及价格成本 推出两种工艺 第一种工艺 名为CMOS6RF 是一种RFCMOS工艺技术 它的原型是该公司的0 25umCMOS基本工艺 并且从该公司的SiGeBiCMOSI艺中吸取了模拟 混合信号工艺的特点 它已经被RF芯片所采用 它的工艺特点有以下几项 和便携式装置所需用的电压相适应的二次氧化层 导电性低的衬底 和具有较好隔离性能的三重阱n型场效应晶体管 此外 为了满足RF与混合信号线路的需要 CMOS6RF还从该公司的双极工艺中吸取了一套无源元件制造技术 这些无源元件有 高Q一值电感元件 MIM与MOS电容元件 精密阻值电阻元件 以及变容二极管等 19 IBM推出两种SiGe CMOS工艺 现在该公司可以对客户提供CMOS6RF加工服务 同时还可以提供模拟集成电路的设计工具套件 其中包括丰富的RF模型 该套件中还包括有由IBM提供的数字线路单元库 和由Nurlogic公司提供的逻辑线路单元库 库中有1000多个标准单元 20 IBM推出两种SiGe CMOS工艺 第二种工艺 命名为BiCMOS5HPE 这是该公司原有的0 35umSiGe工艺技术的改进 该工艺集成有可以在3 3V工作的 高速SiGeHBT晶体管 可以满足集成电路设计师对于高性能低功耗晶体管的需要 以上两种工艺都可以在200 mm晶圆加工线上进行加工 采用这些工艺的产品已经在线上大批量生产 21 IBMSi