提高性能、增强功能和显著减小管芯尺寸的创新工艺

     能以像SOT-23那样的小封装提供优良的双极型产品

     作者：美国模拟器件公司，ADSiV工艺开发部

     关键技术突出贡献专家Craig D. Wilson博士

     美国模拟器件公司（ADI）的iPOLAR™制造工艺的推出代表近20年来业界对36

     V双极型工艺进行的最重大的再设计。这种新的iPOLAR工艺适合于需要耐高电压双极型模拟器件的工业应用，采用iPOLAR工艺的芯片面积比老的双极型工艺减小75％的，同时具有非常高的性能和功能。因此，这就促进推出了现货供应的工业器件系列产品，它们为工业系统设计工程师提供一批新的采用非常小的SOT-23封装的低噪声、低成本器件。

     ADI公司如何开发出iPOLAR工艺

     随着半导体制造工艺的不断成熟，许多瞩目的焦点都集中于CMOS工艺和移动、电池供电的消费类应用和通信应用对电源电压不断降低的器件的需求。然而，与数字CMOS工艺领域的设计工程师采用亚微米工艺尺寸在每个管芯上集成几十万甚至几百万个器件不同，工业市场的双极型工艺通常采用高达2.5

     ΜM的工艺尺寸在每个管芯上可能集成上100个有源双极型器件。

     虽然很多半导体制造商在降低基于CMOS芯片的电压并提高其性能，但是并没有跟上工业用户对提高速度、增加功能、降低噪声、降低功耗和减小封装的需求。实际上，在ADI公司iPOLAR工艺出现以前，

     大多数36 V双极型工艺的进展都很缓慢，而且都依靠很大的扩散面积才能充分地隔离晶体管，从而就需要使用很大的管芯和晶片。

     图1. 一种减小的封装——左边示出8引脚的SOIC（小外形IC）封装，右边示出5引脚的SOT-23封装，它只有8.3

     mm2，大约比左边的减小75％。PCB面积的有效利用显著 改善了性能和功能。

     为什么iPOLAR工艺具有如此创新？

     ADI公司开发的iPOLAR 36

     V工艺利用了多年积累的双极型工艺设计经验，通过采用一种拥有专利权的深沟道隔离方案使晶体管尺寸降至最小而无需折衷性能。其实现的方法是在器件和衬底之间采用一种结隔离方案，而不采用需要掩埋氧化层晶片（SOI衬底）的全介电隔离（DI）工艺。虽然把深沟道隔离方案与大面积衬底集成在一起提出一项额外的工艺开发挑战，但是与DI工艺相比，其电路优势是很明显的。与SOI（绝缘体上硅）晶片工艺相比，iPOLAR工艺除了显著降低了成本以外，还采用大面积衬底来为有源晶体管提供改进的热传导性能，从而在更宽的温度和电压范围内改善了晶体管的特性。

     另外，采用iPOLAR工艺制造的高性能精密双极型器件没有使用多发射极结构以便得到最好的1/F噪声性能，同时精心制造基射结以避免早期双极型工艺中经常会出现的猝发（或称“爆米花”）噪声。

     iPOLAR工艺不仅具有创新性，还具有足够的灵活性以便使ADI公司能将流行的设计工艺移植到新工艺中，包括ADI公司的XFET专利技术以及可微调薄膜和高性能电容器制造工艺。然而，ADI公司并不是简单地将老工艺移植到新工艺中，而是重新设计每一种工艺以便获得最高性能和工艺一致性，同时使管芯的功耗最低。不仅如此，iPOLAR工艺采用了比其它的36

     V双极型工艺更加先进的晶片制造设备，从而允许ADI公司能利用更明确、更先进的制造工艺来减少缺欠以及不同批号晶片和管芯之间的偏差，使产量达到最大。

     ADI公司还改善了不同晶体管相结合的“模拟”性能，采用器件匹配和新的射极－基极－集极体系结构来更好地控制重要的电路参数，例如失调电压和噪声。

     图2示出了两种相同的晶体管的不同布线版图。下图是基于iPOLAR工艺制造的晶体管，其芯片面积比老工艺减小75％，从而使电路足够小以便适合SOT-23封装。在放大器IC的情况下，节省下的面积允许设计工程师能增加一些诸如偏置电流抵消和待机功能。

     图2. iPolar工艺之前和之后对比上图是采用老的36 V工艺的布线版图。下图是采用新的iPolar 36

     V工艺制造功能相同的布线版图，iPolar工艺能以小很多的管芯提供更加优良的性能。

     iPolar工艺除了减小管芯面积，还使得NPN和PNP两种晶体管的带宽（FΤ）都至少达到750 MHZ甚至更高，从而显著提高了标准36

     V双极型器件的性能。

     iPolar产品纵览

     下面我们来看一下采用ADI

     公司iPOLAR工艺生产的一些产品。表1列出目前已经推出IPOLAR产品。表2列出即将发布的iPOLAR产品。

     iPolar

     AD8675的性能比OP27有显著提高――运算放大器保持尽可能低的偏置电流IB是最重要的。这就是为什么说IB抵消电路很关键的原因，否则IB会随电压和温度的升高而增大。器件设计工程师创造的补偿电路以便使IB随电压和温度变化保持相对稳定。这在设计AD8675

     iPOLAR放大器时已经起到主要作用。它表现出改进的精度和噪声性能——它比OP27低噪声、精密运算放大器的功耗降低50％，带宽增加20％。

     表1 目前发布的iPolar产品 注:1、也可提供双放大器和四放大器版本

     iPolar AD8677性能比流行的OP07好——ADI 公司的iPolar

     AD8677是对流行的超低失调电压OP07运算放大器重新设计版本，从而改进了相位裕量和稳定性。它采用如图2所示的SOT-23封装，所以远远小于SOIC封装。SOT-23是一种表面贴封装，包括引脚在内的总尺寸只有0.112"×0.115"（2.84

     mm×2.92 mm）。表1列出AD8677的一些主要特性。

     表2 即将发布的iPolar产品 结论

     iPolar工艺是对新一代36

     V双极型器件进行的最重大的再设计。它使一系列适用于工业市场的模拟器件推出成为可能，这些器件显著改进了性能，极大地增强了功能，而且只占用25％的PCB面积。ADI公司的iPolar工艺加上iCMOS工艺――2004年11月推出的高电压工业CMOS制造工艺，ADI公司再次证实了它对工业市场的不断贡献。