Deliverables and Services - IHP Microelectronics

Technologieplattform
130-nm-BiCMOS-Technologie
A U S G E w ä H L T E P R O J E K T E – S E L E C T E d P R O J E C T S
Ziel des Projektes ist die Schaffung der halbleitertechnologischen
Basis für die Entwicklung innovativer Kommunikationssysteme
mit hohen Datenraten und hohen
Trägerfrequenzen. Dafür werden SiGe-HBTs mit Grenzfrequenzen
bis zu 300 GHz entwickelt und in einen 130nm-BiCMOS-Prozess
für hochintegrierte Mixed-Signal-
Schaltungen integriert.
Für Anwendungen wie 100 Gbps Ethernet-Systeme,
drahtlose Datenübertragungssysteme bei 60 GHz oder
Automobilradar bei 77 GHz werden Halbleitertechnologien
mit höchster Geschwindigkeitsperformanz bei
niedrigem Energieverbrauch und höchster funktioneller
Integration benötigt. Bisher sind keine Technologien
für die gleichzeitige Erfüllung all dieser Forderungen
verfügbar. Die 130-nm-SiGe-BiCMOS-Technologie soll
diese technischen Voraussetzungen schaffen und für
nationale und europäische Forschungs- und Entwicklungsprojekte
zur Verfügung stellen.
In dem Projekt wurden SiGe-HBTs mit maximalen Transitfrequenzen
f T von 250 GHz und maximalen Oszillationsfrequenzen
f max von 300 GHz entwickelt und in
eine 130-nm-BiCMOS-Technologie mit sieben Metallisierungsebenen
integriert. Das Potential dieser Technologie
für Höchstgeschwindigkeits-Schaltungen konnte
durch Ringoszillatoren mit Gatterverzögerungszeiten
von 3,0 ps demonstriert werden. Das ist die kürzeste
Schaltzeit, die bisher in einer Si-Technologie realisiert
wurde.
Der Querschnitt eines HBTs ist in Abb. 18 gezeigt. Die
HBTs besitzen ein zum Emitterfenster selbstjustiertes
niederohmiges Basisanschlussgebiet und eine effektive
Emitterweite von 0,17 µm. Abb. 19 zeigt die erreichten
Grenzfrequenzen f T und f max als Funktion der Emitterlänge.
Die erreichten exzellenten Hochfrequenzparameter
bis zu kleinsten Emittergrößen sind vorteilhaft
für die Realisierung von Höchstgeschwindigkeits-Schaltungen
bei einer moderaten Leistungsaufnahme. Für
die Umsetzung der hohen Transistorgeschwindigkeiten
in höchste Geschwindigkeiten der integrierten Schal-
Technology Platform
130 nm BiCMOS Technology
the goal of the project is the development of a technology
platform for innovative communication systems
with high data rates and high carrier frequencies. For
this purpose, SiGe HBts with oscillation frequencies
up to 300 GHz are developed and integrated into a
130 nm BiCMoS process suitable for highly integrated
mixed-signal circuits.
For applications such as 100 Gbps ethernet systems,
wireless communication systems at 60 GHz or automotive
radar at 77 GHz, semiconductor technologies
combining highest speed performance with low power
consumption and a very high level of functional
integration are required. to date there are no technologies
available which fulfill all these requirements
simultaneously. the 130 nm SiGe BiCMoS technology
aims to meet these demands and to provide the technological
platform for national and european research
and development projects.
In the course of the project, SiGe HBts with peak transit
frequencies of 250 GHz and maximum oscillation
frequencies of 300 GHz were developed. the highspeed
SiGe HBts were integrated into a 130 nm BiC-
MoS technology with seven interconnect layers. the
potential of this technology for highest speed circuit
operation was demonstrated by ring oscillator gate
delays of 3.0 ps. this is the shortest switching time
realized in any Si technology up to now.
A cross section of the HBt is shown in Fig. 18. the
HBt features a low-resistive elevated base link region
selfaligned to the emitter window and an effective
emitter width of 0.17 µm. Fig. 19 shows the achieved
frequencies f t and f max as a function of the emitter
length. the achieved outstanding RF performance
down to smallest emitter sizes is beneficial for the
realization of very high speed circuit blocks at moderate
power consumption. For transforming the high
transistor speed into highest circuit speed it is important
to minimize all parasitic components including
the metal interconnects. Fig. 20 shows gate delays of
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