射频BiCMOS技术

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,SiGe IC,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。,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,（1,GHz30GHz）,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（,IEEE802.11 b/g/a）,无线保真技术(,Wireless Fidelity),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。,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),无线局域网 几种技术标准性能比较,IEEE,802.11,b,802.11,a,802.11,g,标准描述,2.4,GHz,频带无线,LAN,物理层的基本规格,2.4,GHz,频带无线,LAN,物理层的高速规格,5.0,GHz,频带无线,LAN,物理层的基本规格,最高数据传输率,11,Mbps,54,Mbps,54,Mbps,调制方式,DSSS,CCK,OFDM,OFDM,使用频带,2.4,GHz ISM,2.4,GHz ISM,U-NII,2.4,GHz ISM,信道带宽,83.5,MHz,200,MHz,83.5,MHz,非重叠可使用信道数,3,8+4,3,兼容性,不兼容,与802.11,b,兼容,SiGe RF IC,的 主要产品,SiGe RF IC,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,高速光纤通讯网络系统中的,射频芯片组,（介绍）,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）,10,Gbps,互阻抗放大器版图,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 60,GHz；,击穿电压,BVCE0,大于 3.3,V;,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。,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,Si,0.7,Ge,0.3,的外延层。,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。,Si,Ge,电子迁移率,1500cm,2,/Vsec,3900cm,2,/Vsec,空穴迁移率,450cm,2,/Vsec,1900cm,2,/Vsec,0.3,微米工艺,Si,双极管,SiGe,双极管,截止频率,30GHz,50GHz,最大振荡频率,50GHz,70GHz,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。,SiGe IC,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,SiGe IC,兼容工艺线。欧洲,ST,公司在,2000,年建立了第一条,SiGe,生产线。,HBT,SiGe,基极的双极晶体管结构,HBT,SiGe,基极的双极晶体管结构,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。,SiGe,外延工艺,常用的外延工艺,分子束外延（,MBE):,超高真空（,10,-12,mmHg),高温（高于,1100 C),化学汽相淀积（,CVD):,常压或低压,高温（高于,1100 C),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,IBM,推出两种,SiGeCMOS,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,CMOS 6RF,，,是一种,RF CMOS,工艺技术，它的原型是该公司的0.25,um CMOS,基本工艺，并且从该公司的,SiGe BiCMOSI,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，,CMOS 6RF,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。,IBM,推出两种,SiGeCMOS,工艺,现在该公司可以对客户提供,CMOS 6RF,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)。,IBM,推出两种,SiGeCMOS,工艺,第二种工艺，命名为,BiCMOS 5HPE,。,这是该公司原有的 035,um SiGe,工艺技术的改进。该工艺集成有可以在33,V,工作的，高速,SiGe HBT,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。,IBM SiGe BiCMOS,系列工艺的性能指标,BiCMOS 5HP,BiCMOS 6HP,BiCMOS 7HP,BiCMOS 8HP,CMOS 9HP,SiGe,HBT,Le(m),0.42,0.32,0.2,0.12,NA,FT(GHz),47,47,120,210350,NA,CMOS,Lg(m),0.5,0.25,0.18,0.13,0.1,VDD(V),3.3,2.5,1.8,1.5,1.1,延时(,pS),180,50,33,NA,NA,开发时间,1994,1996,1998,2000,2002,拥有,SiGe BiCMOS,技术和生产线公司,公司,SiGe,技术特点,SiGe,代工,MPW,IBM,0.5/0.35/0.25/0.18/0.13,SiGe-BiCMOS 58,yes,yes,Atmel,(Temic),0.35/,SiGe-BiCMOS,RF/POWER Basic/RF,yes,yes,Maxim,SiGe HBT,SiGe BiCMOS,MbiC-2,Philips,0.25,SiGe-BiCMOS,Motorola,0.35/0.18/,SiGe-BiCMOS,铜电感,Infineon,0.25/0.16/0.14,SiGe-BiCMOS,Agere,0.35,SiGe-BiCMOS,朗迅半导体光电事业部,Atcatel,0.35,SiGe-BiCMOS,yes,yes,ST,0.35,SiGe-BiCMOS,TI,0.5,SiGe-BiCMOS,同时集成,NPN,PNP,SOI,yes,Hitachi,0.25/0.18,SiGe-BiCMOS,Yes,Sony,0.25,SiGe-BiCMOS,yes,Intel,0.09,SiGe-BiCMOS,尚未量产,TSMC,0.35/0.18,SiGe-BiCMOS,yes,Jazz,Conexant,科胜达,0.35/0.18,SiGe-BiCMOS,Yes,深圳高科,0.35,SiGe-BiCMOS,2003.7.6注册1500万美元，产能3万片/月。04年5月投产，达5000片/月,篮牙,RF,芯片的,SiGe,和,CMOS,工艺,