你的位置:首页 > 数字电路 > 数字电路 > 正文
超高速高精度模拟电路SOI上的5V互补SiGe BiCMOS技术
来源:今日电子 作者: 2002/1/1 0:00:00 人气:403
内容导读:

超高速高精度模拟电路SOI上的5V互补SiGe BiCMOS技术
A 5V complementary-SiGe BiCMOS technology on SOI for ultra-high speed precision analog circuits


TEXAS INSTRUMENTS Badih El-Kareh等

技术概览
---第三代完全电介质绝缘的互补SiGe BiCMOS工艺(BiCom3)是针对超高速高精度模拟集成电路而设计的。上述器件的工作电压为5V,可在广泛的温度范围内工作,其fT的范围为15~20GHz,fmax的值在40~50GHz的范围,最小化了集电极到基板的寄生现象。fT的值反应出其性能比前一代互补技术提高了近三倍。
此器件建立在商用SOI晶圆之上。首先定义掺杂浓度较大的p和n埋层。随后沉淀的是0.65μm的本征外延层,再加上填入氧化物的深、浅沟槽,尽可能减小寄生现象并提高电路密度。在确定双沟道(bipolar sinker)、CMOS阱与栅层叠后,采用新颖的dual-epi工艺来形成NPN和PNP SiGe双基极区。多发射极的尺寸极小,仅为0.4μm×0.8μm,采用独特的界面处理工艺形成。CMOS栅极、多晶硅高精度电阻和双基极多晶硅同时形成图案。在基极接触点上还采用CMOS源/漏极注入。在多晶硅底板上采用TiN顶板,由此形成MIM电容,并选择氧化电介质实现低电介质吸收效果。最后,将可用激光修整的NiCrAl薄膜电阻器集成到1.0μm间距的TLM后端,从而完成有关工艺。图1显示了最终的NPN和PNP器件的截面视图,表1总结了工艺流程。
双极晶体管性能特点
该技术的主要组件为双极晶体管。对于使用互补设计的高性能模拟应用,使NPN与PNP的fT性能合理地匹配(因数在2以内)极为有效。除高fT之外,高速线性运算放大器已有其他信号调节电路也需要高晶体管增益,主要特点简而言之就是β·VA的积。增加VA通常以fT为代价,因为这需要提高基极的掺杂级,因而导致移动性降低,并增加了发射极电容。添加SiGe可以增强基场(field),从而抵消上述影响,这样在提高VA同时可得到更大的fT。表2给出了双极晶体管在室温下的特性。
NPN与PNP的fT及fMAX曲线图分别在图2和图3中给出,这里的器件为0.4μm×0.8μm器件。

---

CMOS和无源组件
除了双极组件外,5V CMOS也集成到工艺流程中,以支持信噪比(SNR)性能要求较高的高速ADC。表3列出了BiCom3 CMOS晶体管的特性。
工艺开发的关键在于集成稳定且高性能的无源组件。图4显示了TiN-Ox-TiSi2电容和NiCrAl薄膜电阻器(TFR)的截面视图。电容的TiN和TiSi2层实现了MIM性能,同时在选择电介质材料时也实现了更大的灵活性,因为其将电容集成在对热循环要求较高的后端模块之前。
薄膜电阻器通过双掩膜(2-mask)工艺集成到TLM后端。图5显示了Rs的稳定性,它是150℃下NiCrAl材料的时间函数。表4列出了MIM电容和TFR的主要电参数。

电路应用
采用BiCom3工艺制造出一款功能丰富的电压反馈放大器,图6显示了其简化示意图。它采用一个AB类折叠式级联(cascode)输入级,可实现较高的转换率(高频下的失真较低),并采用了一个AB类钻石型驱动器输出级。表5给出了这种放大器初步得出的测量结果,此外还给出了最快的商用电压反馈放大器的参数。得到10倍频率下12dB的IMD3(300MHz下-72dBc,相对于30MHz下-60dBc)。
更好的rb、tF、cjc、及cjs参数提高了非主极点的频率,实现了更高的小信号带宽(2500MHz,高于JI工艺的1000MHz)。互补SiGe双极技术以极低的失真实现了对称架构。在60MHz上实现了低于-100dBc的三极互调制失真(IMD3),在100MHz低于-90dBc,在300MHz上低于-72dBc。上述结果来自互补SiGe双极技术,以及寄生电容的降低(特别是电路高阻抗节点处)。此外,DI晶体管的基极电阻极小,这也实现了较低的等效输入噪声电压。

---

结论
带有MIM电容和薄膜电阻器的完全氧化物绝缘的5V互补SiGe BiCMOS技术针对超高速模拟应用而开发。该技术实现了β·VA和fT·BVCEO较高的NPN和PNP器件及更加匹配的特性,还实现了电压与温度系数极低的出色的无源组件。

 
标签:
商品推荐



相关文章
阅读排行
最近更新
推荐阅读