| ---當(dāng)今最先進(jìn)的集成電路(IC)制造工藝正在重新開(kāi)拓工業(yè)市場(chǎng)。迄今為止,在電噪聲環(huán)境中以高電壓工作的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器、開(kāi)關(guān)、多路復(fù)用器和其他器件一直沿著減小制造工藝尺寸的發(fā)展路線不懈地努力。美國(guó)模擬器件公司(Analog Devices, Inc.,簡(jiǎn)稱ADI)提出了iCMOSTM——工業(yè)CMOS制造工藝,這種創(chuàng)新的制造工藝技術(shù)使客戶可以在采用亞微米尺寸工藝的器件上施加高達(dá)30V電壓,如果選用溝道擴(kuò)展,可將工作電壓提高到50V。
 ---除了高電壓MOS電路以外,ADI公司的iCMOS工業(yè)制造工藝還包括高電壓、全互補(bǔ)雙極型電路。利用這些單元電路,iCMOS工藝把互補(bǔ)雙極型工藝的優(yōu)越性能、CMOS的高效率以及高電壓性能結(jié)合在一起,使片內(nèi)集成度提高到一個(gè)新水平,參見(jiàn)圖1。iCMOS是一種完全模塊化的制造工藝,采用這種工藝后,在保持電路性能和魯棒性的同時(shí),不需要像傳統(tǒng)的CMOS工藝那樣去犧牲集成度。
---作為一種亞微米工藝,iCMOS工藝允許將先進(jìn)的數(shù)字邏輯電路與高電壓模擬電路集成在一起。因此,與以前的高壓器件相比,iCMOS器件提高了性能,增多了集成功能,降低了功耗并且顯著減小了封裝尺寸。
---除了能顯著降低功耗以外,iCMOS器件還提高了性能和穩(wěn)定性,并且能夠在一顆單芯片上增加集成功能,因此與先前在工業(yè)應(yīng)用中采用的器件相比,iCMOS器件具有更高的設(shè)計(jì)靈活性。iCMOS工藝能夠用軟件選擇12～16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入電壓,使其達(dá)到從±2.5V～±10V寬輸入范圍,而功耗比現(xiàn)有解決方案降低了85%。iCMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)能夠以減小了30%的封裝提供業(yè)界領(lǐng)先的性能。iCMOS多路復(fù)用器采用16引腳超薄小型封裝(TSOP),導(dǎo)通電阻為3～4Ω,比±15V多路復(fù)用器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)通電阻減小了大約85%。 iCMOS工業(yè)制造工藝
---iCMOS技術(shù)的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)能夠增加?xùn)艠O氧化層厚度的制造工藝,從而使能夠處理高電壓的開(kāi)關(guān)可與傳統(tǒng)的5V電路一起制造。
---iCMOS工藝使用電容陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)片內(nèi)電壓的衰減,與傳統(tǒng)的電阻陣列信號(hào)調(diào)理方法相比,大大減小了功耗和電路尺寸。本工藝的目的是要?jiǎng)?chuàng)建一種真正模塊化工藝,能為多種應(yīng)用制造高電壓和低電壓器件,這就需要開(kāi)發(fā)可以在不同配置中無(wú)縫地共同工作的專用外延和光刻掩模工藝。
---這對(duì)雙極型晶體管是一個(gè)特別大的挑戰(zhàn),因?yàn)殡p極型晶體管通常會(huì)影響周圍的器件。iCMOS克服了這個(gè)問(wèn)題,而且不會(huì)犧牲器件的總體性能。由于iCMOS在一個(gè)掩模下能實(shí)現(xiàn)許多不同的制造工藝,所以具有成本低、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。 元器件的選擇
 ---iCMOS工藝的首要特點(diǎn)是,5V低壓CMOS電路和16V、24V或30V高壓CMOS電路之間可以隔離,并且它們都與襯底完全隔離,隔離使得可以對(duì)單片iCMOS芯片提供多種電源電壓。例如,在一個(gè)混合信號(hào)器件中,采用±15V電源供電可以為襯底偏置提供-15V電壓,還可以為數(shù)字邏輯電路提供標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓,參見(jiàn)圖2。通常,5V的MOS電路必須使用5V襯底。帶隔離的5V CMOS工藝與襯底獨(dú)立,而且能與高電壓部分隔離開(kāi)。
---iCMOS工藝選項(xiàng)包括：
● 隔離的縱向PNP和NPN晶體管均為多晶硅發(fā)射
● 可調(diào)整的高密度薄膜電阻陣列
● 標(biāo)準(zhǔn)的多層-多層(poly-poly)電容,在高電壓CMOS和5V CMOS電路中均可提供
● 基于熔絲和只讀存儲(chǔ)器(ROM)的存儲(chǔ)能力
● 其他各種電阻、二極管和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)
---混合和匹配電路及工作電壓的能力使得iCMOS工藝特別靈活。例如,使用雙極型晶體管的主要目的之一是改進(jìn)低失調(diào)電壓放大器的匹配能力。采用iCMOS工藝可提供兩類互補(bǔ)雙極型器件,一類采用16V工作電壓,具有6GHz(NPN管)和4GHz(PNP管)的截止頻率;另一類采用30V工作電壓,NPN和PNP管都有大約1GHz的截止頻率。雙極型晶體管也能為ADC和DAC提供極好的基準(zhǔn)電壓、匹配和穩(wěn)定性。
---薄膜電阻可用作高精密和高精度性元件。根據(jù)設(shè)計(jì)工程師選擇的體系結(jié)構(gòu),匹配良好的薄膜電阻能夠提供大約12位的原始匹配和最高達(dá)16位的匹配精度。這些薄膜電阻的溫度和電壓系數(shù)大約降低到傳統(tǒng)多晶硅電阻的1/20,對(duì)溫度和電壓的失配率降低到1/10,這些特性使iCMOS能夠?qū)崿F(xiàn)高準(zhǔn)確度和精密度的DAC。類似地,iCMOS工藝的標(biāo)準(zhǔn)多層-多層電容單元電路可以構(gòu)造開(kāi)關(guān)電容濾波器等精密器件。
---片內(nèi)存儲(chǔ)器對(duì)于在器件制造后還需配置的應(yīng)用特別重要,這個(gè)功能允許用戶使用數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)來(lái)校準(zhǔn)高精密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的積分線性誤差(INL)、失調(diào)和增益。
---最后,iCMOS工藝具有用軟件改變輸入電壓范圍或其他參數(shù)的功能。這樣就能將一個(gè)iCMOS器件集成到各種應(yīng)用中,從而大大了減少庫(kù)存量并簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
iCMOS工藝的優(yōu)點(diǎn)
---iCMOS工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是,現(xiàn)在可以用小尺寸工藝生產(chǎn)具有處理工業(yè)級(jí)電源電壓能力的精密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器或其他混合信號(hào)器件。
---過(guò)去,為了達(dá)到現(xiàn)在iCMOS器件所具有的高速和低功耗,工業(yè)用戶需要外部的信號(hào)調(diào)理、偏置電路和運(yùn)算放大器,并且需要多種電源電壓。早先能夠處理30V電壓的器件都采用3～5μm制造工藝。如果把數(shù)字功能加入到這樣的器件中,則使器件的封裝尺寸增大到不可接受的程度。
---iCMOS工藝使這種傳統(tǒng)工藝過(guò)時(shí)了。以前需要用28引腳SOIC封裝芯片獲得的功能,現(xiàn)在僅用16引腳的TSSOP封裝或者10引腳的μSOIC封裝就能實(shí)現(xiàn)。iCMOS工藝還有其他優(yōu)點(diǎn),它可以把更多的信號(hào)鏈路集成到一顆單芯片中,而不會(huì)犧牲其性能。
---iCMOS工藝的縱向PNP和NPN在給定電源條件下,能夠提供優(yōu)異的基準(zhǔn)電壓源和超低噪聲的放大器,從而顯著降低了通用器件所需的功耗。iCMOS工藝的高阻抗輸入特性使傳統(tǒng)ADC的輸入前端不再需要電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理,從而減小了相關(guān)的功耗。iCMOS多路復(fù)用器的低導(dǎo)通電阻也具有同樣的作用,從而使系統(tǒng)的總功耗大大降低了。
---在過(guò)程控制、工企自動(dòng)化和環(huán)路控制等傳統(tǒng)應(yīng)用中,大電氣噪聲的惡劣環(huán)境要求使用±10V的信號(hào)電壓。對(duì)于這些應(yīng)用來(lái)說(shuō),iCMOS工藝的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在信號(hào)鏈的集成和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體簡(jiǎn)化上。在信號(hào)范圍為±5V的通信、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和醫(yī)用設(shè)備等儀器儀表領(lǐng)域,也會(huì)得益于iCMOS工藝,能夠顯著降低功耗、減小器件尺寸和提高性能。 |
