互补双极工艺技术的重大突破

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互补双极工艺技术的重大突破 [复制链接]

标题：互补双极工艺技术的重大突破

作者:admin   发表时间:2005-3-9 互补双极工艺技术的重大突破 信电学院 马草原 （本文摘自“电子产品世界网站”，仅供学生学习交流之用，无任何商业用途） VIP10是美国国家半导体公司（NS）互补双极工艺技术的一项重大突破。互补双极晶体管无论采用 NPN 还是 PNP 设计，均较其他晶体管更能为新一代的高性能、高速度放大器提供所需的功能，例如高带宽、低功耗、低电压、较大的输出振幅、高输出电流以及低失真率等。 由于VIP10采用先进的工艺技术结构，具有很多优点。活性区是采用Bonded Water技术制成的绝缘硅片(SOI)，四周有蚀刻沟道，并以填料填满沟道，成为绝缘边。VIP10 晶体管的集电极均已完全加以电介质隔离(DI)，而且集电极和基底或井之间并无反向偏压接面。上一代的工艺技术均采用接面绝缘 (JI)的方法，集电极与基底之间的电容(Cjs)基本上是接面电容。 对于采用接面绝缘方法的工艺技术来说，其电容量将更大一些，尤其是某一类晶体管，因为采用接面电容，会跟随不同电压而改变。NS的VIP1、VIP2及VIP3等工艺技术与大部分双极工艺技术一样均采用p型基底。为了将PNP晶体管的集电极与基底隔离，便需采用n型埋层隔离扩散接面。这种n 型扩散接面必须比p型基底更高度掺杂。高掺杂度的接面令PNP晶体管的Cjs电容远较NPN晶体管为高。若采用VIP10工艺技术，不管电压高低，最少晶体管的Cjs电容量低至只有5fF，而且NPN和PNP晶体管的Cjs电容均相同。 另一要解决的寄生电容问题是集电极基极接面的电容(Cjc)。根据密勒效应，集电极基极接面的电容会因应电压增益级的输入而增加，因此在高速的芯片设计之中 Cjc具有关键作用。以高速的晶体管来说，其轻微掺杂的内部基极接面与高度掺杂的外部基极扩散接面连接。这个外部的基极区在基极周边形成一个较大的接面电容。VIP10的四周边界均以电介质加以隔离，一举解决这个问题。方法是利用浅沟蚀刻并以填料填充，而并非采用传统的 LOCOS氧化法，因为采用氧化法可能会产生缺陷，令电流大量漏失，而且大大降低模拟电路的成品率。 发射极及基极的接面各有自己的多晶硅层。重要的发射极及基极区会自动对位。Poly1是外部基极区。Poly1区设有一个洞孔，作为发射极的窗口及内部基极。发射极区与外部基极区之间有一层氮化物将两者分隔，而发射极则与Poly2 连接，使基极拾波区非常接近发射极，有助减低外部基极电阻(Rbb)。这两层多晶硅层均含水杨酸，可进一步减低与发射极、基极及集电极串列一起的寄生电阻。 最少晶体管的芯片面积小至只有300mm2，大小只有旧型号的1/8。这是上述功能特色的另一优点。双层多晶硅层结构可将发射极至基极之间的拾波空间减少，较传统的单一多晶硅层方式优胜。基极的周边采用浅沟加以隔离，使集电极拾波区可以非常接近基极，而不会减低崩溃或增加电容。最后，围在晶体管四周的隔离浅沟可大幅缩小绝缘所需的空间。图1所示为VIP10 晶体管的横切面。 对于双极性晶体管来说，最常见而又最有价值的交流电数值是过渡频率(Ft)。若Vce=5V，VIP10 NPN及PNP的过渡频率分别为 9GHz及8GHz。对于互补硅片工艺来说，这是极为先进的技术。Ft越低，发射极基极接面扩散电容也越低，NS利用这种特性，所以设计带宽高达1GHz的线性集成电路或带宽为100MHz左右的极低功耗线性集成电路，因为即使供电电流极低，所用的内置式放大器也因其扩散及寄生电容较低，而令相移也较低。 若以较低电压操作，VIP10晶体管的Ft只有轻微的下降，由于 VIP10芯片具有这些低电压交流特性，因此即使供电电压低至2.7 V，仍可发挥卓越的性能，输出振幅接近供电电压。 一直以来，高频晶体管的直流电特性较弱，这是我们不得不接受的现实。采用 VIP10 制造的晶体管由于速度较高，因此可以发挥直流电性能。NPN的b及前级电压分别为100V及120V，而PNP的b及前级电压则分别为55V及40V。常见而有价值的直流电数值是b×前级电压，而这个乘积更可用以计算每级的增益。由于PNP的电洞迁移率较低，因此即使Ft及击穿电压相差不远，PNP的b×Va乘积会比 NPN低。VIP10PNP的b×Va达 2,200V，Bvceo则达12V，而Ft 为8GHz。以互补双极线性集成电路工艺来说，这是符合世界水平的先进组合。 NS现正推出采用VIP10工艺技术制造的LMH高速放大器，其中，LMH6642(单组装)及LMH6643(双组装)等两款可提供满摆幅(rail to rail）输出的单电源供应放大器芯片均具有高速(130 MHz)、低失真(-62 dBc)、低电流 (2.7mA)及极高的输出电流(100 mA)等优点。供电电压3～12V之间。 LMH6645(单组装)及 LMH6646(双组装)满摆幅(I/O)速度为80 MHz，失真为-68dBc，而 LMH6647(单组装)放大器芯片更另有微功率停机功能。供电电压2.7～12V之间。 若系统需要加设停机功能，LMH6647芯片可以在50ns内迅速启动系统，而且停机时只耗用不超过50mA电流。 单组装LMH6654及双组装 LMH6655的输入噪音电压只有 4.5nV/rtHz，带宽高达250MHz (若G=1，则达-3dB)，而且失真也极低(以5MHz操作时只有-72dBc)。稳定时间介于14ns与 0.1% 之间。两款芯片均可利用10V供电驱动100Ω负载，并输出6.6Vpp，而每一放大器只耗用4.5 mA电流。 另一相关芯片是 LMH6672 双组装运算放大器，在作为CPE方面的 ADSL 线路驱动器功能来说是最佳的。■