射频BiCMOS技术

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0.5m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。SiGeSiGe技术主要应用于通讯领域射频前端技术主要应用于通讯领域射频前端 （1 1GHzGHz30GHz30GHz）手机（手机（GSM,CDMA,3GGSM,CDMA,3G）：）：无绳电话无绳电话 （DECTDECT）;蓝牙技术蓝牙技术 Blue-tooth/ZigbeeBlue-tooth/Zigbee（IEEE802.15.1IEEE802.15.1）无线局域网无线局域网 （IEEE802.11 b/g/aIEEE802.11 b/g/a）无线保真技术无线保真技术(Wireless Fidelity)Wireless Fidelity)高速光电通讯（高速光电通讯（SONET/SDHSONET/SDH）广播电视网、广播电视网、InternetInternet网网 电视信号三种传输途径：卫星传输，有线传输，地面无线传输。电视信号三种传输途径：卫星传输，有线传输，地面无线传输。相关标准相关标准 广域网广域网(WWAN)WWAN)GPRS/3GGPRS/3G (WCDMA/CDMA2000)(WCDMA/CDMA2000)无线通讯无线通讯 局域网（局域网（WLANWLAN）IEEE802.11b/g/aIEEE802.11b/g/a系系 统统 无线个人网无线个人网(WPAN)WPAN)IEEE802.11b802.11a802.11g标准描述2.4GHz频带无线LAN物理层的基本规格2.4GHz频带无线LAN物理层的高速规格5.0GHz频带无线LAN物理层的基本规格最高数据传输率11Mbps54Mbps54Mbps调制方式DSSS,CCKOFDMOFDM使用频带2.4GHz ISM2.4GHz ISMU-NII2.4GHz ISM信道带宽83.5MHz200MHz83.5MHz非重叠可使用信道数38+43兼容性不兼容与802.11b兼容SiGe RF IC SiGe RF IC 主要产品有：主要产品有：功率放大器（功率放大器（PAPA）：）：20.5%20.5%手机基站手机基站 锁相环锁相环 （PLLPLL）;5.6%;5.6%收发器电路（收发器电路（TransceiverTransceiver）73.8%73.8%变换器变换器 均衡器均衡器 放大器：跨阻放大器、限幅放大器放大器：跨阻放大器、限幅放大器l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（Laser Driver）调制驱动器芯片（Modulator Driver）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；相当；射频包括了MIN电容、MOS电容、电感、传输线及变容二极管。SiSi和和GeGe都是四价元素，具有相同的都是四价元素，具有相同的金刚石结构，但原子量和原子半金刚石结构，但原子量和原子半径相差很大，若形成径相差很大，若形成SiGe SiGe 单晶材单晶材料，晶体结构应力很大，缺陷很料，晶体结构应力很大，缺陷很多，不能使用。一般是在多，不能使用。一般是在SiSi片表片表面外延一层面外延一层 SiSi0.70.7GeGe0.30.3的外延层。的外延层。SiGeSiGe层的电子迁移率大约是纯层的电子迁移率大约是纯SiSi材料的材料的2 2倍，因此倍，因此若晶体管基区采用这种高迁移率的若晶体管基区采用这种高迁移率的SiGe SiGe 合金，合金，将明显降低噪声、偏置电流和使用功率，大大提将明显降低噪声、偏置电流和使用功率，大大提高工作频率，实现高工作频率，实现2GHz2GHz以上的射频功能集成。以上的射频功能集成。SiGe电子迁移率1500cm2/Vsec3900cm2/Vsec空穴迁移率450cm2/Vsec1900cm2/Vsec0.3 微米工艺Si双极管SiGe双极管截止频率30GHz50GHz最大振荡频率50GHz70GHzSiGeSiGe还具有良好的热传导特性和低的涉漏电流，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。能够在很宽的工作温度范围内保持稳定的性能。SiGe IC SiGe IC 的工艺兼容性好，只要在标准的工艺兼容性好，只要在标准CMOSCMOS工艺工艺增加增加4 4道工序、道工序、TTLTTL工艺增加工艺增加5 5道工序、道工序、BiCMOSBiCMOS工艺增加一道工序，就能形成工艺增加一道工序，就能形成SiGe IC SiGe IC 兼容工兼容工艺线。欧洲艺线。欧洲 ST ST 公司在公司在20002000年建立了第一条年建立了第一条SiGe SiGe 生产线。生产线。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。常用的外延工艺常用的外延工艺分子束外延分子束外延 （MBE):MBE):超高真空（超高真空（1010-12-12mmHg)mmHg)高温（高于高温（高于1100 C)1100 C)化学汽相淀积（化学汽相淀积（CVD):CVD):常压或低压常压或低压 高温（高于高温（高于1100 C)1100 C)这两种方法都不适用，因为高温过程容易造成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。缺陷，也难于产生正确配比的掺杂物。SiGe SiGe 外延采用的方法：外延采用的方法：特高真空化学汽相淀积法：特高真空化学汽相淀积法：UHV-CVDUHV-CVDIBMIBM公司公司(位于纽约州的位于纽约州的EastFishkill)EastFishkill)为了优化射频与通信系统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：出两种工艺：第一种工艺第一种工艺 ：名为：名为 CMOS 6RFCMOS 6RF，是一种是一种RF CMOSRF CMOS工艺技术，它的工艺技术，它的原型是该公司的原型是该公司的0.250.25um CMOSum CMOS基本工艺，并且从该公司的基本工艺，并且从该公司的SiGe BiCMOSISiGe BiCMOSI艺中吸取了模拟混合信号工艺的特点；它已艺中吸取了模拟混合信号工艺的特点；它已经被经被RFRF芯片所采用。芯片所采用。它的工艺特点有以下几项：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和具有较好隔离性能的三重阱n n型场效应晶体管。型场效应晶体管。*此外，为了满足此外，为了满足RFRF与混合信号线路的需要，与混合信号线路的需要，CMOS 6RF CMOS 6RF 还从该公司的双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 Q一值电感一值电感元件，元件，MIMMIM与与 MOSMOS电容元件，精密阻值电阻元件；以及变容二极管等。电容元件，精密阻值电阻元件；以及变容二极管等。现在该公司可以对客户提供现在该公司可以对客户提供CMOS 6RFCMOS 6RF加工服务，加工服务，同时还可以提供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该套件中还包括有由IBMIBM提供的数字线路单元提供的数字线路单元库，和由库，和由NurlogicNurlogic公司提供的逻辑线路单元库公司提供的逻辑线路单元库(库中有库中有 1000 1000多个标准单元多个标准单元)。第二种工艺，命名为第二种工艺，命名为 BiCMOS 5HPEBiCMOS 5HPE。这是该公司原有的这是该公司原有的 0 03535um SiGe um SiGe 工艺技术的改进。该工艺集成有可以在工艺技术的改进。该工艺集成有可以在3 33 3V V 工作的，高速工作的，高速SiGe HBTSiGe HBT晶体管，可以满足集成电路设计师对晶体管，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。于高性能低功耗晶体管的需要。以上两种工艺都可以在以上两种工艺都可以在200-200-mm mm 晶圆加工线上进行加工。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。采用这些工艺的产品已经在线上大批量生产。BiCMOS 5HPBiCMOS 6HPBiCMOS 7HPBiCMOS 8HPCMOS 9HPSiGe HBTLe(m)0.420.320.20.12NAFT(GHz)4747120210350NACMOSLg(m)0.50.250.180.130.1VDD(V)3.32.51.81.51.1延时(pS)1805033NANA开 发 时间 19941996199820002002 公司SiGe 技术特点 SiGe 代工MPWIBM0.5/0.35/0.25/0.18/0.13SiGe-BiCMOS 58 yesyesAtmel(Temic)0.35/SiGe-BiCMOS RF/POWER Basic/RF yesyesMaximSiGe HBTSiGe BiCMOS,MbiC-2 Philips0.25 SiGe-BiCMOS Motorola 0.35/0.18/SiGe-BiCMOS 铜电感 Infineon0.25/0.16/0.14SiGe-BiCMOS Agere0.35 SiGe-BiCMOS朗 迅 半 导 体光电事业部 Atcatel0.35 SiGe-BiCMOS yesyesST0.35 SiGe-BiCMOS TI0.5 SiGe-BiCMOS,同时集成NPN,PNP,SOI yes Hitachi0.25/0.18 SiGe-BiCMOS Yes Sony0.25 SiGe-BiCMOS yes Intel0.09 SiGe-BiCMOS尚未量产 TSMC0.35/0.18 SiGe-BiCMOS yes JazzConexant 科胜达0.35/0.18 SiGe-BiCMOS Yes 深圳高科0.35 SiGe-BiCMOS2003.7.6注册1500万美元，产能3万片/月。04年5月投产，达5000片/月基于基于IBM SiGe 技术的芯片技术的芯片Jazz:SiGe 晶圆专业代工厂晶圆专业代工厂