射频BiCMOS技术

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0.5m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。,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 （1GHz30GHz） 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,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）,10Gbps 互阻抗放大器版图,0.18m 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。,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。,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。,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（10-12mmHg) 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0.25um 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 035um SiGe 工艺技术的改进。该工艺集成有可以在33V 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