一种用于射频和微波测试系统的GaAsSb双异质结双极晶体管集成电路DHBT技术

一种用于射频和微波测试系统的高性能GaAsSb基区，InP集电区 DHBT IC 工艺被成功研发。这种GaAsSb工艺使得在工作电流为JC = 1.5 mA/µm²时fT 和 fmax分别达到了 185 GHz and 220 GHz，JC = 1.3 mA/µm²时开态击穿电压为BVcbx = 9 V 。典型  = 50。最大工作条件下 (Tj = 125 ºC, JC = 2.0 mA/µm²) 达到MTTF> 1 × 106 小时的寿命使之适用于测试级别的应用。DHBTs 集成了3层互联金属，包括2级电阻和MIM电容。在3”生产线上这种IC 技术已被用于制造Agilent Technologies instrumentation 产品。 本文介绍了一种创新的射频和微波测试系统所用的高性能集成电路技术，具体为基于GaAsSb基区和InP集电区的双异质结双极晶体管（DHBT）。这种DHBT集成电路工艺在射频和微波领域的应用具有显著优势，尤其是在提升测试设备性能方面。 DHBT是一种重要的微波半导体器件，因其高速和高频率性能而备受青睐。在这种新型工艺中，使用GaAsSb作为基区材料，InP作为集电区材料，形成无阻塞效应的II型半导体能带结构，解决了传统GaInAs基区/InP集电区DHBT存在的问题。GaAsSb的窄带隙特性使得器件具有低开启电压和低功耗，同时，InP的高电子迁移率、高热导率和高击穿电场强度确保了器件的高速性能和可靠性。 工艺制备过程中，采用了先进的分子束外延技术生长各外延层，并通过精细的光刻、腐蚀和等离子体刻蚀技术形成器件结构。器件集成的3层互联金属、电阻和MIM电容进一步优化了电路性能。其中，22欧姆/sq的Ta2N电阻和250欧姆/sq的WSiN电阻提供了所需的阻值，而0.58 fF/µm²的MIM电容则用于高频信号处理。背面通孔和电镀金的使用确保了有效的接地和背面电接触，提高了整体性能。 在直流和射频特性方面，这些DHBT器件展示了出色的电流-电压特性，工作电流密度为1.5 mA/µm²时，fT达到185 GHz，fmax达到220 GHz，峰值fT超过200 GHz。较高的截止频率在较大的电流密度范围内得以维持，展示了其在高压环境下的稳定工作能力。此外，开态击穿电压BVcbx为9 V，确保了器件的耐受性。 考虑到实际应用中的可生产性，该工艺经过优化以平衡性能、可靠性和生产效率。成品率分析显示，发射区/基区短路是主要的失败模式，其次是基区电极柱损失。尽管其他失效模式的影响相对较小，但整体成品率已经满足小规模生产的需求，且在3英寸生产线上已成功应用于Agilent Technologies的测试仪器产品。 这种GaAsSb基的DHBT集成电路技术为射频和微波测试系统提供了高性能解决方案，其高速、高耐压和良好可生产性特征使得它成为未来射频领域的重要技术之一。