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硅工艺集成技术－－－SiGe双极及SiGe BiCMOS工艺
(2007-04-01 23:08:00)| 分类： 技术文章 |
SiGe双极及SiGe BiCMOS工艺
SiGe（硅锗合金）双极及SiGe
BiCMOS工艺集成技术，是在制造电路结构中的双极晶体管时，在硅基区材料中加入一定含量的Ge形成应变硅异质结构晶体管，以改善双极晶体管特性的一种硅基工艺集成技术，其晶体管结构如图4.2.1.4－1所示。这种工艺集成技术制造的集成电路具有高速度、低噪声、低功耗等高性能；这种工艺集成技术能够与硅CMOS工艺兼容，形成SiGe
BiCMOS工艺，可将宽带、高增益、低噪声电路与高密度CMOS功能电路和逻辑阵列集成到一个芯片上。因而，采用这种工艺集成技术制造现代高端集成电路，具有高性能、高集成度、高成本-效益比等特点。从这些综合性能因素权衡考虑，比其它工艺集成技术更具竞争优势。
SiGe双极和SiGe
BiCMOS工艺集成技术是一种非常适用于模拟/混合信号电路制造的新工艺技术。这种工艺制造的npn晶体管不仅fT比其它硅工艺制造晶体管的fT高1个数量级左右，而且更为重要的是其品质因素βVA乘积已达到很高，如48000，比其它工艺制造晶体管的高1～2个数量级，这是制造高精度高速度模拟/混合信号电路的最有利条件。近10年来，SiGe双极和SiGe
BiCMOS工艺集成技术在无线通讯应用的推动下得到了突飞猛进的发展，在工艺上已越过了0.35祄、0.18祄、0.13祄等技术壁垒，其中SiGe
HBT双极晶体管fT已实现40GHz到200GHz的性能，特别是在移动通信及光纤通信领域具有很强的竞争力和广泛应用前景，在一些电路集成领域正呈取代GaAs技术的趋势。因此，
SiGe
HBT技术的研究和应用开发成为世界上微电子工艺集成技术的热门课题之一，很多先进的微电子产品开发生产厂家如IBM、ADI、Motorola、Jazz半导体等都拥有SiGe双极或SiGe
BiCMOS工艺集成技术。如ADI公司已将SiGe
HBT引入到它的第四代XFCB双极工艺和BiCMOS工艺中，其目标是制造RF集成电路，如无线通讯电路和射频前端、ATE设备的信号线路通道驱动器和时钟电路、DSL和电缆MODEMS用的放大器等；捷智半导体（Jazz
Semiconductor）公司也开发了至少4代SiGe工艺技术（如SiGe60、SiGe90、SiGe120、SiGe200等工艺）；Motorola与德国的HPM公司联合，还成功开发出硅锗碳三元合金SiGeC
HBT工艺技术（该工艺是在制造SiGe
HBT过程中掺入一定含量的C（碳）杂质以缓解SiGe合金的应变，进一步改进晶体管性能），并引入到他们的主流RF
BiCMOS技术中。另外，一些公司还利用SiGe基应变硅特性开发有SiGe
MOSFET技术，进一步扩展了SiGe技术的应用范围。
图4.2.1.4－2
显示了捷智半导体的SiGe 60、SiGe 90、SiGe 120和SiGe
200工艺技术及其主要通信应用领域。
IBM公司的SiGe
BiCMOS工艺也发展了0.5微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米等几代工艺集成技术，其0.18微米SiG
BiCMOS工艺制造的npn晶体管fT在2.0伏电源电压下达120GHz，已在2001～2002年开始投入生产应用；其0.13微米的SiGe
BiCMOS工艺制造npn晶体管的fT可大于150GHz。以IBM公司的0.25微米SiGe
BiCMOS工艺为例示出其部分工艺流程示意图如图4.2.1.4－3 ：
德国的IHP公司开发的硅锗碳三元合金SiGeC
HBT，其fT和fmax都高达200GHz，将这种晶体管引入到0.25微米CMOS工艺中的SiGeC
BiCMOS工艺，可应用于制造先进的60GHz
ISM频段无线通讯电路和24GHz、77GHz及94GHz以上雷达系统应用电路。另外，还可制造各种无源元件。该公司采用这种工艺技术已试制出最大输入频率为62GHz的静态分频器和72GHz的动态分频器、2.4GHz的64分频器、60GHz的低噪声放大器、振荡频率为60GHz、76GHz、97GHz、117GHz的LC振荡器及门延迟为3.6皮妙的环型振荡器。其SiGeC
BiCMOS工艺的主要流程如下。
（1）浅槽腐蚀和填充；
（2）深n阱注入（隔离NMOS）；
（3）MOS阱注入；
（4）栅区氧化、栅区多晶硅淀积；
（5）栅区腐蚀，隔离区形成；
（6）CMOS保护层淀积；
（7）光刻出HBT区；
（8）高剂量集电极注入，迅速热退火；
（9）氧化淀积；
（10）光刻出有源集电极区；
（11）Si/SiGeC/Si外延；
（12）光刻出发射极窗口；
（13）发射极砷掺杂淀积；
（14）制造多晶硅发射极、外基极；
（15）采用湿腐蚀方法去除保护层；
（16）源/漏区注入，迅速热退火；
（17）钴硅化物形成；
（18）接触、金属1、通孔1、MIM电容器、金属2、通孔2、金属3、通孔3、金属4、钝化。
（示意图从略）
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（示意图从略）
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