互補(bǔ)雙極工藝技術(shù)的重大突破

VIP10是美國國家半導(dǎo)體公司（NS）互補(bǔ)雙極工藝技術(shù)的一項重大突破。互補(bǔ)雙極晶體管無論采用 NPN 還是 PNP 設(shè)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(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)點?；钚詤^(qū)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)來說，其電容量將更大一些，尤其是某一類晶體管，因為采用接面電容，會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(kuò)散接面。這種n 型擴(kuò)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(yuǎn)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題是集電極基極接面的電容(Cjc)。根據(jù)密勒效應(yīng)，集電極基極接面的電容會因應(yīng)電壓增益級的輸入而增加，因此在高速的芯片設(shè)計之中 Cjc具有關(guān)鍵作用。以高速的晶體管來說，其輕微摻雜的內(nèi)部基極接面與高度摻雜的外部基極擴(kuò)散接面連接。這個外部的基極區(qū)在基極周邊形成一個較大的接面電容。VIP10的四周邊界均以電介質(zhì)加以隔離，一舉解決這個問題。方法是利用淺溝蝕刻并以填料填充，而并非采用傳統(tǒng)的 LOCOS氧化法，因為采用氧化法可能會產(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(qū)會自動對位。Poly1是外部基極區(qū)。Poly1區(qū)設(shè)有一個洞孔，作為發(fā)射極的窗口及內(nèi)部基極。發(fā)射極區(qū)與外部基極區(qū)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(qū)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。雙層多晶硅層結(jié)構(gòu)可將發(fā)射極至基極之間的拾波空間減少，較傳統(tǒng)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(qū)可以非常接近基極，而不會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說，最常見而又最有價值的交流電數(shù)值是過渡頻率(Ft)。若Vce=5V，VIP10 NPN及PNP的過渡頻率分別為 9GHz及8GHz。對于互補(bǔ)硅片工藝來說，這是極為先進(jìn)的技術(shù)。Ft越低，發(fā)射極基極接面擴(kuò)散電容也越低，NS利用這種特性，所以設(shè)計帶寬高達(dá)1GHz的線性集成電路或帶寬為100MHz左右的極低功耗線性集成電路，因為即使供電電流極低，所用的內(nèi)置式放大器也因其擴(kuò)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，高頻晶體管的直流電特性較弱，這是我們不得不接受的現(xiàn)實。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。常見而有價值的直流電數(shù)值是b×前級電壓，而這個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(yuǎn)，PNP的b×Va乘積會比 NPN低。VIP10PNP的b×Va達(dá) 2,200V，Bvceo則達(dá)12V，而Ft 為8GHz。以互補(bǔ)雙極線性集成電路工藝來說，這是符合世界水平的先進(jìn)組合。

NS現(xiàn)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)等兩款可提供滿擺幅(rail to rail）輸出的單電源供應(yīng)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。供電電壓3～12V之間。

LMH6645(單組裝)及 LMH6646(雙組裝)滿擺幅(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(jī)功能。供電電壓2.7～12V之間。

若系統(tǒng)需要加設(shè)停機(jī)功能，LMH6647芯片可以在50ns內(nèi)迅速啟動系統(tǒng)，而且停機(jī)時只耗用不超過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(dá)250MHz (若G=1，則達(dá)-3dB)，而且失真也極低(以5MHz操作時只有-72dBc)。穩(wěn)定時間介于14ns與 0.1% 之間。兩款芯片均可利用10V供電驅(qū)動100Ω負(fù)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(yùn)算放大器，在作為CPE方面的 ADSL 線路驅(qū)動器功能來說是最佳的?！?/font>