硅 vs III/V族器件工艺
尽管CMOS技术在过去几年得到了加强,但60%的手机功放市场仍然由III/V族制造商主导,如RFMD,Skyworks和Triquint( RFMD和Triquint合并成了现在的Qorvo)。 在实际应用中,GaAs pHEMT或者InGaP HBT是设计手机PA模块最常用的器件技术。 这些技术在截止频率、击穿电压、坚固可靠性、线性度、功率密度和过渡时间等方面都表现出了最佳的性能。
表1概述了手机射频功放设计目前所采用技术特性
表1 从PA设计角度比较各种工艺技术
乘积f T * BV(截止频率乘以漏源击穿电压)是评估技术在高功率射频应用中的符合性的有用标准。 表2提供了各种工艺的比较数据。 硅LDMOS由于其低成本、高线性,主要应用于基站射频PA市场。 基于GaN或SiC衬底上的功放技术似乎也是非常有前途的,因为它们提高了射频和热性能。 尽管线性较低,但它们的目标是与硅LDMOS竞争,特别是在WCDMA(3G)或LTE(4G)基础设施部署方面。
表2 III/V族和SiGe的性能比较表
先前的讨论提出了CMOS/BICMOS 的制造在未来几年内可能在PA市场上发挥作用的问题。 手机功率放大器领域的领先公司通常在系统封装组件(SIP)中提出多模式多波段PA模块。 这种小型化和复杂的SIP组件包括一个或几个GaAs/InGaP功率die,CMOS控制器IC和集成耦合器/信号提取器(即滤波器)。 这一趋势将在未来的现代无线终端中走向更高的复杂性。事实上,在一个单一模块上需要联合处理更多的工作频段(GSM、EDGE、WCDMA、LTE、蓝牙、WIMAX等)以及集成更多的功能(电源管理、MIMO等)。
这两项要求导致了必要的SIP叠层面积的增加,BoM物料清单(大量的PA die,无源滤波器等)以及
成本的增加。 这可能有利于单模解决方案,并强调了BICMOS技术的优点,它们的成本相对较低,性能持续良好,它们能够很容易地将功率放大器与功率检测器(滤波器)、控制器电路、传感器(例如温度探头)和同一die上的任何其他模拟/数字块共集成;而与GaAs工艺共集成是相当不切实际的。
ST微电子0.25µm的BICMOS技术介绍
工艺概述
ST微电子BICMOS 0.25µm技术(B7 RF)是一种SiGe工艺,它允许涵盖所有数字、模拟以及射频应用。 尽管要处理的物理层数量相对较高,但与最先进的CMOS对应方相比,每平方毫米的成本仍然很低。 它具有集成能力、击穿电压和射频性能之间的良好折中,因为它具有较高的衬底电阻率。 它提供了一个厚的顶部金属层(Al或铜选项),使设计中等品质因子(即Q因子)的无源器件(在2GHz电感的Q值达到10),并提供设计稳定可靠的电迁移(高达5uA/µm),以及低寄生电容效应。 有源器件包括用于高速低噪声应用的MOS和SiGe异质结双极晶体管(HBT),以及用于功率放大的横向掺杂MOS(LDMOS)和高压HBT。 LDMOS器件致力于高频应用,必须与几何相似的漂移MOS(包括LOCOS)和致力于电源管理IO(低频和高压特性)区分开来。 额外的组件,如用于功率检测的肖特基二极管也是可以用来设计的。
后面我们会更加详细地介绍ST微电子的0.25µm BICMOS工艺技术的各种类型的器件以及工艺参数。