Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19880204Elc020.shtml

Новая комбинированная технология LinBiCMOS компании TI

УДК 621.3.049.774

Сэмьюел Уэбер (Samuel Weber)
Редакция Electronics

Samuel Weber. TI soups up LinCMOS process with 20-V bipolar transistors, pp.59,60.

Комбинированная технология изготовления аналого-цифровых ИС LinBiCMOS открывает возможности для создания более сложных специализированных кристаллов с повышенными рабочими напряжениями, в частности компонентов для аппаратуры передачи и сбора данных.

Через год после освоения своей усовершенствованной технологии линейных КМОП-схем Advanced Linear CMOS компания Texas Instruments Inc. модернизировала ее, дополнив операциями изготовления высоковольтных и быстродействующих биполярных транзисторов. Модернизированный вариант этой технологии, названный LinBiCMOS, обеспечивает сочетание на одном кристалле аналоговых и цифровых устройств, позволяя создавать более сложные и разносторонние ИС по сравнению с существующими. В настоящее время процесс LinBiCMOS используется для изготовления специализированных оригинальных изделий для нескольких заказчиков, однако в скором будущем компания TI планирует с его помощью выпускать и стандартные изделия.

Технология LinBiCMOS, предусматривающая изготовление вертикальных биполярных npn-транзисторов, способных работать от 20-В источников питания, ориентирована на создание целого класса таких линейных специализированных ИС, которые смогут работать при более высоких напряжениях, чем 10-В ИС, изготавливаемые по обычным технологиям. Эти биполярные приборы имеют высокое быстродействие и малый уровень шумов, широкую полосу частот, обеспечивают высокую точность источников опорного напряжения и обладают повышенными рабочими напряжениями. Все эти преимущества имеют принципиальное значение для следующих поколений специализированных ИС с повышенным быстродействием, улучшенными точностными характеристиками и меньшим температурным дрейфом.

Новая совмещенная технология БиКМОП-схем позволяет интеграцию 20-В биполярных транзисторов в 3-мкм КМОП-приборе с карманами n-типа и двумя уровнями поликремния. В настоящее время эта технология предусматривает всего один уровень соединительной металлизации, однако путем незначительных изменений ее можно будет превратить в миниатюризованный вариант с двумя уровнями металлизации. Такую информацию дают специалисты компании TI. Миниатюризация элементов позволит повысить показатели быстродействия и плотность упаковки ИС.

Набор стандартных элементов, полученных по новой технологии, включает в себя новейшие аналоговые и цифровые элементы, изготавливаемые компанией по технологии Advanced LinCMOS, а также обширную развитую библиотеку 3-мкм цифровых КМОП-элементов. В результате дополнения этого набора элементов высоковольтными биполярными транзисторами получена технология линейных специализированных ИС, пригодная для создания усовершенствованных приборов, особенно ИС для аппаратуры связи и сбора данных. В число типов приборов, которые предполагается изготавливать на базе новой технологии, входят широкополосные (видео) усилители, быстродействующие операционные усилители и компараторы, линейные возбудители и схемы управления электроприводом с повышенными выходными напряжениями и токами, цифро-аналоговые преобразователи с увеличенным перепадом выходного сигнала и ИС, совместимые с ЭСЛ-схемами.

Технология LinBiCMOS (рис.1) представляет собой дальнейшее развитие методов изготовления КМОП ИС с карманами n-типа компании TI, на базе которых строились ее библиотеки стандартных элементов (как цифровых, так и аналоговых). Новая технология предоставляет в распоряжение разработчика ИС большой выбор схемных элементов, что способствует решению проблемы изготовления высокопроизводительных линейных специализированных ИС с высоким уровнем интеграции. Например, в библиотеку входят конденсаторы с поликремниевыми обкладками и диэлектриком окисел-нитрид-окисел, поликремниевые резисторы с высоким поверхностным сопротивлением и поликремниевые плавкие перемычки.

В технологии LinBiCMOS компании Texas Instruments р-канальные и n-канальные МОП-транзисторы (КМОП-структуры) дополнены биполярным npn-транзистором, а
Рис.1 В технологии LinBiCMOS компании Texas Instruments р-канальные и n-канальные МОП-транзисторы (КМОП-структуры) дополнены биполярным npn-транзистором, а также конденсаторными структурами с обкладками из поликремния и диэлектриком окисел-нитрид-окисел и поликремниевыми резисторами и плавкими перемычками.

Исходная КМОП-технология представляет собой самосовмещенный процесс с кремниевыми затворами. Это обстоятельство позволяет компании TI изготавливать биполярные транзисторы, которые по размерам на 60% меньше выполненных по обычной БиКМОП-технологии с изоляцией переходами. Результат уменьшения размеров транзисторов — повышение их рабочих частот.

Основные этапы формирования интегральных биполярных транзисторов в новой технологии можно разбить на несколько технологических операций. Первая из них — формирование скрытой коллекторной n+-области, которая снижает последовательное коллекторное сопротивление биполярного транзистора. Уменьшение коллекторного сопротивления означает повышение допустимых гоков транзисторов. Глубокий диффузионный коллекторный контакт также способствует снижению коллекторного сопротивления вертикального npn-транзистора и повышает его допустимые выходные токи.

Процесс формирования базовых областей в технологии LinBiCMOS отделен от процесса формирования истоков/стоков p+-типа, что позволяет независимо оптимизировать параметры биполярных и МОП-транзисторов. Аналогично эмиттерную область необходимо формировать независимо от истоков и стоков n+-типа, чтобы оптимизировать параметры n-канальных МОП- и биполярных транзисторов. Области для изоляции биполярных транзисторов получаются автоматически, так как для электрической изоляции биполярных приборов используется эпитаксиальный слой p-типа. А чтобы сохранить в схемах КМОП-структуры с карманами n-типа, специалисты компании TI воспользовались для изготовления биполярных элементов так называемой технологией коллекторной изолирующей диффузии (КИД). КИД-технология заменяет стандартную технологию со скрытыми коллекторными слоями, которая не совместима с изготовлением ИС по технологии Advanced LinCMOS.

Главное преимущество КИД-технологии состоит в том, что в ней не требуется глубокая изолирующая область p+-типа. Это означает, что размеры npn-транзисторов могут быть меньше, чем при стандартной технологии со скрытыми коллекторными областями. В биполярных КИД-транзисторах карманы n-типа выполняют функцию коллекторных областей. Эпитаксиальный p- -слой одновременно служит и изоляцией для n-областей n-канальных транзисторов. Он требуется для изготовления n-канальных МОП-транзисторов по технологии LinCMOS, тогда как р-канальные МОП-транзисторы делаются в карманах п-типа.

Для изготовления биполярных транзисторов по существу в рамках самой КМОП-структуры технологам пришлось дополнительно ввести скрытый n+-слой, который называется диффузионным подслоем. Он повышает характеристики биполярных элементов ИС, уменьшая их последовательное сопротивление, уровень помех и увеличивая быстродействие приборов. Кроме того, наличие такой области под карманами n-типа в КМОП-структурных ослабляет паразитные эффекты в них. Типовые параметры биполярных транзисторов для данной технологии следующие: усиление HFE равно 80, произведение усиления на полосу частот fT— 2,5 ГГц, пробивные напряжения BVC E0, BVCB0 и BVEB0 — 25, 40, и 8 В соответственно.

В настоящее время технология LinBiCMOS находится на 1-м этапе разработки, характеризующимся 3-мкм проектными нормами. На диаграмме (рис.2) указаны виды стандартных и специализированных линейных ИС, которые можно будет реализовать для заданного набора проектных норм. По мере уменьшения проектных норм будут расти сложность ИС, их уровни интеграции и быстродействие.

Технология LinBiCMOS, находящаяся в настоящее время на 1-м этапе разработки, имеет большие возможности с точки зрения дальнейшего улучшения рабочих ха
Рис.2. Технология LinBiCMOS, находящаяся в настоящее время на 1-м этапе разработки, имеет большие возможности с точки зрения дальнейшего улучшения рабочих характеристик по мере снижения топологических проектных норм.

Первая стадия программы компании TI, ориентированной на разработку средств создания широкого спектра специализированных линейных ИС,— это разработка библиотеки комбинированных аналоговых и цифровых элементов для технологии LinBiCMOS. Эта библиотека должна содержать и более ранние разработки, реализованные по апробированным технологиям, что позволит получить большой арсенал стандартных элементов. Для LinBiCMOS-технологии это сделано путем заимствования элементов, например из библиотеки на базе технологии Advanced LinCMOS и из библиотеки компании TI, содержащей свыше 300 цифровых функциональных элементов. Компания TI также разработала большое число заказных и стандарных элементов, которые можно включать в библиотеку для технологии LinBiCMOS. Специалисты компании работают сейчас над созданием программных средств моделирования схем, компоновки и трассировки кристаллов, верификации спроектированных кристаллов, генерации тестов, и фотошаблонов.

В настоящее время эксплуатируется подсистема Configurable Linear, представляющая собой результат первого этапа программы разработки специализированных линейных ИС компании TI. Эта подсистема использует в работе фирменные средства автоматизированного проектирования и допускает применение отдельных элементов, спроектированных вручную. В перспективе предполагается осуществление более совершенной программы, предусматривающей высокий уровень автоматизации схемного и топологического проектирования ИС.

Первые результаты освоения технологии LinBiCMOS для изготовления усовершенствованных линейных специализированных ИС будут, вероятно, наиболее ощутимы в таких прикладных областях, как аппаратура передачи и сбора данных. Линейные возбудители и приемники для систем цифровой связи с помощью этой технологии можно значительно улучшить, объединив на одном кристалле схемы управления и обработки связных протоколов и высоковольтные сильноточные формирователи. В технологии LinBiCMOS также решена такая проблема создания схем для аппаратуры передачи данных,как объединение на одном кристалле схемныхблоков с разными напряжениями питания.

Технология LinBiCMOS окажет также существенное влияние на аппаратуру сбора данных, где она позволит осуществить интеграцию на приборном уровне при высоких технических характеристиках. Например, биполярные источники опорного напряжения обеспечивают в 2—3 раза более высокие показатели температурной компенсации, чем аналогичные устройства в КМОП-схемах. Применение высокоскоростных биполярных транзисторов во входных каскадах преобразователей данных позволит значительно снизить напряжения смещения, а применение биполярных транзисторов в усилительных каскадах — расширить полосу частот и повысить быстродействие.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 61, No.03 (785), 1988г - пер. с англ. М.: Мир, 1988, стр.22

Electronics Vol.61 No.03 February 4, 1988 A McGraw-Hill Publication

Samuel Weber. TI soups up LinCMOS process with 20-V bipolar transistors, pp.59,60.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Технология ИС





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19880204Elc020.shtml