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40-200GHz硅锗双极电路生产工艺和应

2025/3/26 4:38:24发布6次查看
10年来,硅锗双极集成电路(sige-bicmos)在无线通讯的推动下得到了突飞猛进的发展。今天sige-bicmos已被应用于以前被gaas垄断的领域,并在许多领域里呈取代gaas的趋势。
目前广泛用于通信行业的sige-bicmos至少有四代。每一代的技术复杂性和性能各异,几何结构从0.35mm 至 0.13mm, 频率从40 ~ 200 ghz。作为示例,图1显示了覆盖主要通信终端市场的捷智半导体的四代sige-bicmos技术生产工艺。
2. sige120
sige 120是以10gb 和 40gb 产品为目标的0.18mm,150 ghz,sige-bicmos 生产工艺技术。由于历史的原因,这一技术被命名为sige 120,而不是sige 150。表1给出了 sige120的主要特性。
工艺流程开始时通过高剂量注入和发展外延层形成埋层。该方法与高能量注入相比可以使集电极电阻小并在低vce下维持高ft(通常用于高速网络应用中)。
深沟漕用来减小集电极衬底间电容,漕中放入了氧化物衬里,然后填入多晶硅。这对于缩短高速器件(如dividers and serders)开关的滞后时间至关重要。注入氧化物的浅沟漕和双栅极氧化物来形成1.8v 和 3.3v mos晶体管。
三极管晶体管是在形成cmos的栅极后集成的。首先用单晶圆rt-cvd反应器淀积sige层,ge从靠近基极-发射极接点处的0%上升到靠近集电极-基极接点处的约30%。工艺的第二步是淀积和图形化“牺牲”发射极。在“牺牲”发射极两侧沉积和图形化侧墙(spacer)形成衬垫,侧墙在此还起到对外部基极注入进行自动调准的功能。“牺牲”发射极在外部基极掺杂物注入后被除掉。并且在“牺牲”发射极的原来位置上重新淀积“真正”的发射极。通过这样的方式,“牺牲”发射极的尺寸恰好确定终发射极的尺寸。使用牺牲发射极直接确定发射极的尺寸,从而获得比依靠内部垫片的技术更可靠的重复性。另外,此方法不需要选择外延即可能产生自动调准的发射极-基极。后使用不同的集电极注入能量和注入量来决定基极-集电极之间的击穿电压。表1示出了3个npn晶体管的ft 和 bvceo。
接下来和传统的场效应管集成相似,依次形成侧墙,源极和漏极和硅化钴来完成cmos器件。后端包括六层金属,一个电容器,一个金属电阻和两层厚的金属层,以改善电感器性能和降低线间连接的电阻。图2显示了后端的扫描电镜的截面图。
3. sige 90: 无线通讯的sige-bicmos 技术
sige 90去除了sige 120中那些与无线通讯应用无关的器件,并对有关的无源器件进行了改进,使得由sige-bicmos工艺生产的无线通讯产品价格更低,提高运用sige-bicmos工艺生产通讯产品的竞争性。
对于手机无线信号的接收和发送器件,通常不需要1.8v cmos,因为大多数数字电路都置于一块独立的基带芯片上。因此sige 90中仅采用了3.3v cmos。而且对于通常在低电流密度下工作的2~5 ghz应用来说,具有150 ghz 峰值 ft的晶体管没有用处,因此仅使用了表1中列出的标准高电压晶体管。由于低寄生效应的原因,这些器件仍保持了高fmax和的噪声特性及低电流特性。深漕沟结构也被去除,因为大多数射频模块使用尺寸比较大的器件,而使用深漕隔离不能为这些器件带来多少好处,而且这些器件对于集电极衬底间电容也不太敏感。低值金属电阻被高值多晶硅电阻替代(1000 w/sq),而且mim电容器的密度也被从1ff/mm2提高至1.5 ff/mm2,以降低模块成本。此外还有6mm厚的六金属层可供选择,该厚金属层可以减小电感器尺寸,从而进一步降低模块成本。
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