如何采用BiCom3工艺制造出一款功能丰富的电压反馈放大器？

　　1.技术概览：
　　第三代完全电介质绝缘的互补 SiGe BiCMOS 工艺 （BiCom3） 针对超高速高精度模拟集成电路而设计。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 15-20 GHz，fmax 的值则达 40-50 GHz 的范围，并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要提高近三倍。
　　此器件建立在商用 SOI 晶圆之上。首先定义掺质浓度较大的 p 及 n 埋层。随后沉淀的是0.65um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，我们采用新颖的 dual-epi 工艺来形成 NPN 及 PNP SiGe 双基极区。多发射极的尺寸极小，仅为 0.4 x 0.8μm2，采用独特的界面处理工艺处理技
　　术形成。CMOS 栅极、多晶硅高精度电阻及双基极多晶硅同时形成图案。我们在基极接触点上还采用 CMOS 源／漏注入。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，我们将可用激光修整的 NiCrAl 薄膜电阻器集成到 1.0 mm 间距的 TLM 后端，从而完成有关工艺。图 1 显示了最终 NPN 及 PNP 器件的截面视图。
　　
　　
　　2.双极晶体管性能特点：
　　该技术的主要组件为双极管。对于使用互补设计的高性能模拟应用，使 NPN 与 PNP 的 fT 性能合理正确地匹配（因数在 2 以内）极为有用。除高 fT 之外，高速线性运算放大器以有其它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 βoVA 的积。增加 VA 通常以 fT 为代价，因为这需要提高基的掺杂级，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 及图 3 中给出，这里的器件为 0.4 x 0.8 um2 器件，而图 4 和图 5 则给出了有关器件的 Gummel 图。
　　
　　
　　
　　
　　3.CMOS 与无源组件
　　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模数转换器 （ADC）。表 3 列出了 BiCom3 CMOS 晶体管特性。
　　
　　
　　工艺开发的关键在于集成稳定而高性能的无源组件。图 6 显示了 TiN-Ox-TiSi2 电容与NiCrAl 薄膜电阻器 （TFR） 的截面视图。电容的 TiN 及 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，因为其在热循环要求较高的后端模块前集成了电容。
　　薄膜电阻器通过双掩膜 （2-mask） 工艺流程集成到 TLM 后端中。图 7 显示了 Rs 的稳定性，它是 150 o C 下 NiCrAl 材料的时间函数。表 4 列出了 MIM 电容和 TFR 的主要介质参数。
　　&n bsp;
　　
　　
　　4.电路应用
　　我们采用 BiCom3 工艺制造出一款功能丰富的电压反馈放大器，图 8 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。10 倍频率下 IMD3 降低 12dB （300MHz 下 -－72dB，相对于 30MHz 下-60dBc）。
　　
　　
　　
　　更好的 rb、tp、cjc、及 cjs 参数提高了非主 （non-dominant） 极点的频率，实现了更高的小信号带宽（2500 MHz，高于JI工艺的 1000 MHz）。互补 SiGe 双极技术以极低的失真实现了对称架构。我们在 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的下降。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。
　　5.结论
　　带有 MIM 电容及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 b·VA 及 f·BVCEO 较高的 NPN 与 PNP 器件并为其更加匹配的特性。我们还实现了电压与温度系数极低的出色的无源组件。我们通过采用这些高性能组件实现了极其快速的电流反馈放大器，其性能远远超过当前市面上的产品。