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利用专用晶圆加工工艺实现高性能模拟IC
发布时间:2017-09-22 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
对于以上列出的每一种器件，器件不匹配都是模拟设计中极其重要的一个因素。不匹配的具体定义是两个具有相同设计的器件之差与其平均值之电感器生产间的百分比。匹配一般可以通过较大的器件尺寸来提升(到一定极限)。不匹配值越小，设计所需的器件尺寸越小，而这意味着给定的设计具有更小的裸片和更低的裸片成本。这是用来淘汰低劣工艺的一个关键因素。
其它产品应用可能需要一些专用器件，比如，结型场效应晶体管(JFET)可以实现低噪声输入，漏极扩展CMOS (DECMOS)器件可以实现扩展电压能力。这些器件需要进行一些自身的专用优化工作，并且必须采用整体高精度工艺，同时不降低关键的核心器件的品质。本文将不对此进行讨论。
现在，所有需要关注的问题似乎都已经有所涉及。不过，晶圆离开晶圆厂后，工艺开发人员的工作并不算完。评估后续的结果至关重要。由于磨薄后的晶圆和封装模塑料产生的应力，晶圆厂获得的性能可能会在晶圆磨薄和IC封装工艺过程中轻易地失去。因此，必须密切关注这类问题，以便减轻这些有害的影响。要达到这个目的，可以采用聚酰亚胺等应力释放层或者其它技术，比如在晶圆磨薄前在硅工艺结束时采用这些技术，或者在封装过程中采用这些技术。
采用晶圆厂的专用模拟COMS工艺
电子设计人员不再需要仅依靠模拟IDM获取高性能模拟CMOS性能来实现其产品的差异化。产品制造商以及无晶圆厂企业现在可以通过世界级的专业晶圆厂轻松地采用顶级模拟CMOS工艺。
为了详细了解目前可以实现的高精度晶圆加工工艺，这里研究一下Dongbu HiTek 公司0.18μm节点的HP180工艺的特点。这个专用模拟CMOS工艺的核心是经过精磨细凿的器件。图1a和图1b是用于NMOS和PMOS器件的标准逻辑CMOS工艺、极具成本效益的模拟CMOS工艺和高精度模拟CMOS晶圆加工工艺的1/f噪声对比图。
图1a和图1b：数字、模拟和高性能模拟CMOS器件的噪声对比：a) NMOS和b) PMOS。
图1a和图1b：数字、模拟和高性能模拟CMOS器件的噪声对比：a) NMOS和b) PMOS。这种专用的晶圆加工工艺采用双层多晶硅法，可以更好地选择电容介质，最大限度地减少介电吸收，同时仍可实现较好的电压系数。通过优化聚板的掺杂水平，可以实现单位数的极低线性参数和绕行电感器寄生参数。电容比与电压的典型曲线图如图2所示。
图2：高性能双层多晶硅电容比与电压。如图3所示，HP180薄膜电阻(TFR)的温漂为7ppm/°C(表面电阻为950°C/sq)。此外，薄膜电阻匹配性能远高于传统多晶硅电阻的匹配性能。
图3：多晶硅高表面贴片电感电阻(HSR)与薄膜电阻(TFR)的匹配性能对电感器厂家比，两种电阻的表面电阻均均约为1K/sq。虽然设计人员所预期的高性能模拟产品可能都是独立芯片，不过模块化的专用晶圆加工工艺可以实现高密度逻辑(115Kgates/mm2)，再加上能够整合板上非易失性存储器，因此可以进一步实现高性能工艺，从而轻松地从独立芯片转化为系统级芯片(SoC)。
本文小结
高性能电子产品需要高精度模拟CMOS工艺技术，从而实现接近理想的MOS晶体管、电阻、电容以及专用JF台庆电感ET和DECMOS器件。为了实现最终芯片的差异化，必须对这种关键的器件从头进行设计，使精度设计贯穿整个设计周期。曾经专属于模拟IDM的技术领域(比如高性能模拟CMOS工艺技术)如今可以通过专业晶圆厂来实现。在这种趋势下，设计人员现在可以通过采用晶圆厂开发的模拟CMOS工艺实现其芯片，从而更快地实现更大的差异化。
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