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超高頻RF IC：新型硅鍺BiCMOS工藝高達200GHz截止頻率

2014-12-23 20:21:54 本站原創

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借助IBM公司開發的一種新型硅鍺(SiGe)BiCMOS工藝，商用RF IC有可能跳越到前所未聞的頻率。8HP工藝及其低成本版8WL工藝的性能基本上是現有BiCMOS工藝的兩倍，專為部分由于昂貴的RF成本從而至今未能商用的多種應用而打造。

“目前業界對汽車的先進導航控制和防撞系統賦予了極大關注?！?/span>IBM系統和科技事業部的副總裁兼首席技術專家Bernard Meyerson表示，“這些系統基于工作頻率為24或77GHz的短距離雷達。而業界對能夠提供高帶寬，但傳輸距離有限的個人無線局域網的關注也正在加大。一個60GHz的頻帶被分配給這些應用。為了向產品化轉移，這些應用需要一個最高性能在100GHz以上的商用生產工藝，而這正是我們提供的技術。”

IBM宣稱，最新推出的高性能8HP工藝具備高達200GHz的截止頻率，將首次把商用價格的RF 芯片帶入20GHz以上的頻段。而性能大約是8HP一半的低成本版8WL工藝，將主要面向現在由更昂貴的高端解決方案掌控的商用無線和GPS市場。

“SiGe在業界的作用一直以來都是把硅CMOS工藝的經濟優勢延伸到更高頻率的應用?！盡eyerson說，“在WLAN應用工作在2.5到2.7GHz范圍并需要大型砷化鎵前端的時候，我們推出了首個SiGe BiCMOS工藝。Intersil公司采用該工藝極大程度降低了802.11 RF級的成本，從而一度控制了約半數的市場份額?！爆F在，他表示，IBM正準備對下一代RF進行類似的變革。

這種新的SiGe BiCMOS技術基于130納米光刻技術，與IBM的130納米CMOS邏輯和CMOS RF工藝共享工藝技術和設計IP，因而將受益于IBM在130納米節點所積累的批量生產和器件建模經驗。但當涉及必須工作在數十GHz甚至更高頻率的信號通道時，該工藝是獨特的創新技術。

Meyerson表示：“本質上，在SiGe BiCMOS工藝中，提高性能的關鍵是利用難以置信的精度控制SiGe層的外延生長，該層構成了雙極性晶體管的基極?！?/span>

與IBM之前的工藝一樣，新工藝采用了傳統的垂直雙極性晶體管，在攙雜硅的發射極與集電極之間生長的SiGe薄膜構成了晶體管的基極?！按斯に嚨挠性椿鶚O厚度在100埃數量級，”Meyerson表示，“在這一厚度上，基極被精確分級，以提供最大的載流子遷移。它真正展示了對外延生長異乎尋常的控制程度?！?/span>

這層超薄且被分級的基極能夠縮減載流子傳輸時間，從而使高速晶體管成為可能，但是僅憑借基極自身并不能完成上述工作。設計團隊還需要克服各種寄生效應，否則所有潛在速度在到達晶體管的觸點之前就可能會全部消失。首先，這意味著對覆蓋層精度要格外注意?！拔磳蕰黾蛹纳?，”Meyerson表示，“精確的對準可以降低非基極部分的傳導率，而這對性能級別至關重要。”

互連也很重要。在這些頻率，為了將信號引入芯片或在晶體管中傳輸，就需要各種帶狀線(strip-line)技術。如果沒有阻抗控制的互連，那么導線上的損耗有可能使大部分電路無法工作。這意味著需要一種前所未有的控制水平，不僅表現在互連線的形成方面，還體現在互連模型的精度上。

IBM在上層采用粗走線，在下層采用標準銅線互連。通過采用多觸點穿孔布局，信號可直接從有源器件移動到粗走線，在此形成可預料的帶狀線。因而，困擾微細間距雙絞銅線的變異性問題得以避免。

在這些頻率下的無源器件也是一個問題。目前，IBM為多數應用提供有足夠質量保證的電感和電容，其中電容采用了一種專有的高K介電材料?！霸O計窄型槽帶濾波器的工程師大概仍希望使用片外無源器件，”Meyerson表示，“但對于大部分普通電路而言，片上無源器件表現很好?！?/span>

IBM表示，該公司對模型、提取工具和設計工具進行了全部升級以應對新的頻率范圍。在2.5GHz時微不足道的小疏忽對70GHz而言可能意味著信號的完全損失。為了提供一種ASIC產品而不是定制工藝，IBM還不得不完全支持這個領域里所有的130納米SiGe方法。