互補雙極工藝技術(shù)的重大突破

VIP10是美國國家半導體公司（NS）互補雙極工藝技術(shù)的一項重大突破?；パa雙極晶體管無(wú)論采用 NPN 還是 PNP 設計，均較其他晶體管更能為新一代的高性能、高速度放大器提供所需的功能，例如高帶寬、低功耗、低電壓、較大的輸出振幅、高輸出電流以及低失真率等。

由于VIP10采用先進(jìn)的工藝技術(shù)結構，具有很多優(yōu)點(diǎn)?；钚詤^是采用Bonded Water技術(shù)制成的絕緣硅片(SOI)，四周有蝕刻溝道，并以填料填滿(mǎn)溝道，成為絕緣邊。VIP10 晶體管的集電極均已完全加以電介質(zhì)隔離(DI)，而且集電極和基底或井之間并無(wú)反向偏壓接面。上一代的工藝技術(shù)均采用接面絕緣 (JI)的方法，集電極與基底之間的電容(Cjs)基本上是接面電容。

對于采用接面絕緣方法的工藝技術(shù)來(lái)說(shuō)，其電容量將更大一些，尤其是某一類(lèi)晶體管，因為采用接面電容，會(huì )跟隨不同電壓而改變。NS的VIP1、VIP2及VIP3等工藝技術(shù)與大部分雙極工藝技術(shù)一樣均采用p型基底。為了將PNP晶體管的集電極與基底隔離，便需采用n型埋層隔離擴散接面。這種n 型擴散接面必須比p型基底更高度摻雜。高摻雜度的接面令PNP晶體管的Cjs電容遠較NPN晶體管為高。若采用VIP10工藝技術(shù)，不管電壓高低，最少晶體管的Cjs電容量低至只有5fF，而且NPN和PNP晶體管的Cjs電容均相同。

另一要解決的寄生電容問(wèn)題是集電極基極接面的電容(Cjc)。根據密勒效應，集電極基極接面的電容會(huì )因應電壓增益級的輸入而增加，因此在高速的芯片設計之中 Cjc具有關(guān)鍵作用。以高速的晶體管來(lái)說(shuō)，其輕微摻雜的內部基極接面與高度摻雜的外部基極擴散接面連接。這個(gè)外部的基極區在基極周邊形成一個(gè)較大的接面電容。VIP10的四周邊界均以電介質(zhì)加以隔離，一舉解決這個(gè)問(wèn)題。方法是利用淺溝蝕刻并以填料填充，而并非采用傳統的 LOCOS氧化法，因為采用氧化法可能會(huì )產(chǎn)生缺陷，令電流大量漏失，而且大大降低模擬電路的成品率。

發(fā)射極及基極的接面各有自己的多晶硅層。重要的發(fā)射極及基極區會(huì )自動(dòng)對位。Poly1是外部基極區。Poly1區設有一個(gè)洞孔，作為發(fā)射極的窗口及內部基極。發(fā)射極區與外部基極區之間有一層氮化物將兩者分隔，而發(fā)射極則與Poly2 連接，使基極拾波區非常接近發(fā)射極，有助減低外部基極電阻(Rbb)。這兩層多晶硅層均含水楊酸，可進(jìn)一步減低與發(fā)射極、基極及集電極串列一起的寄生電阻。

最少晶體管的芯片面積小至只有300mm2，大小只有舊型號的1/8。這是上述功能特色的另一優(yōu)點(diǎn)。雙層多晶硅層結構可將發(fā)射極至基極之間的拾波空間減少，較傳統的單一多晶硅層方式優(yōu)勝?；鶚O的周邊采用淺溝加以隔離，使集電極拾波區可以非常接近基極，而不會(huì )減低崩潰或增加電容。最后，圍在晶體管四周的隔離淺溝可大幅縮小絕緣所需的空間。圖1所示為VIP10 晶體管的橫切面。

對于雙極性晶體管來(lái)說(shuō)，最常見(jiàn)而又最有價(jià)值的交流電數值是過(guò)渡頻率(Ft)。若Vce=5V，VIP10 NPN及PNP的過(guò)渡頻率分別為 9GHz及8GHz。對于互補硅片工藝來(lái)說(shuō)，這是極為先進(jìn)的技術(shù)。Ft越低，發(fā)射極基極接面擴散電容也越低，NS利用這種特性，所以設計帶寬高達1GHz的線(xiàn)性集成電路或帶寬為100MHz左右的極低功耗線(xiàn)性集成電路，因為即使供電電流極低，所用的內置式放大器也因其擴散及寄生電容較低，而令相移也較低。

若以較低電壓操作，VIP10晶體管的Ft只有輕微的下降，由于 VIP10芯片具有這些低電壓交流特性，因此即使供電電壓低至2.7 V，仍可發(fā)揮卓越的性能，輸出振幅接近供電電壓。

一直以來(lái)，高頻晶體管的直流電特性較弱，這是我們不得不接受的現實(shí)。采用 VIP10 制造的晶體管由于速度較高，因此可以發(fā)揮直流電性能。NPN的b及前級電壓分別為100V及120V，而PNP的b及前級電壓則分別為55V及40V。常見(jiàn)而有價(jià)值的直流電數值是b×前級電壓，而這個(gè)乘積更可用以計算每級的增益。由于PNP的電洞遷移率較低，因此即使Ft及擊穿電壓相差不遠，PNP的b×Va乘積會(huì )比 NPN低。VIP10PNP的b×Va達 2,200V，Bvceo則達12V，而Ft 為8GHz。以互補雙極線(xiàn)性集成電路工藝來(lái)說(shuō)，這是符合世界水平的先進(jìn)組合。

NS現正推出采用VIP10工藝技術(shù)制造的LMH高速放大器，其中，LMH6642(單組裝)及LMH6643(雙組裝)等兩款可提供滿(mǎn)擺幅(rail to rail）輸出的單電源供應放大器芯片均具有高速(130 MHz)、低失真(-62 dBc)、低電流 (2.7mA)及極高的輸出電流(100 mA)等優(yōu)點(diǎn)。供電電壓3～12V之間。

LMH6645(單組裝)及 LMH6646(雙組裝)滿(mǎn)擺幅(I/O)速度為80 MHz，失真為-68dBc，而 LMH6647(單組裝)放大器芯片更另有微功率停機功能。供電電壓2.7～12V之間。

若系統需要加設停機功能，LMH6647芯片可以在50ns內迅速啟動(dòng)系統，而且停機時(shí)只耗用不超過(guò)50mA電流。

單組裝LMH6654及雙組裝 LMH6655的輸入噪音電壓只有 4.5nV/rtHz，帶寬高達250MHz (若G=1，則達-3dB)，而且失真也極低(以5MHz操作時(shí)只有-72dBc)。穩定時(shí)間介于14ns與 0.1% 之間。兩款芯片均可利用10V供電驅動(dòng)100Ω負載，并輸出6.6Vpp，而每一放大器只耗用4.5 mA電流。

另一相關(guān)芯片是 LMH6672 雙組裝運算放大器，在作為CPE方面的 ADSL 線(xiàn)路驅動(dòng)器功能來(lái)說(shuō)是最佳的?！?/font>