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直流至85GHz TWA和Ka频段4.9W功率放大器使用 基于光学光刻PHEMT工艺
吕钢格
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摘要
基于0.15μm GaAs PHEMT的光学光刻工艺和2mil衬底技术，使描述了高生产吞吐量和低成本。所开发的工艺实现了Imax=575mA/mm，BVgd=14V和753mW/mm的输出功率密度P-1条件下18GHz。直流至的设计和测试结果85GHz行波放大器（TWA）和29-30.5GHz4.9W功率放大器（PA）也被描述为过程能力验证。TWA显示8dB的小信号增益输出功率12dBm，频率可达85GHz。帕显示20dB的小信号增益和36.9dBm的输出在29之间的3dB增益压缩条件下的功率和30.5GHz频率。这些结果验证了该过程制造应用MMIC器件的能力高达90GHz。
介绍
低成本、高性能毫米波MMIC至关重要毫米波无线电链路的发展，汽车雷达和测试设备，作为这些设备的市场应用程序成熟。对于栅极长度为0.15μm或更短的毫米波MMIC器件生产，行业标准技术是直接写入电子束光刻［1-4］。然而，直接电子束工艺由于晶片处理时间慢。为了解决这个问题，Avago开发了一种基于248nm深紫外光学步进器，高吞吐量6“0.15μm pHEMT工艺。除了大门加工，该工艺类似于Avago的6“，0.5μm门pHEMT工艺，每年运送6000片晶圆主要用于手机和无线局域网应用。目标是降低毫米波MMIC晶片的成本新兴的消费毫米波应用。在本文中，Avago新开发的0.15μm低成本将描述6“GaAs MMIC的生产工艺。到评估毫米波应用的工艺能力，一个直流至85GHz的行波放大器（TWA）和一个28-30.5GHz设计、制造了4.9W功率放大器（PA）测试。TWA显示8dB的最小增益和14dBm输出功率敢达85GHz频率范围。4.9瓦/年显示20dB的小信号增益和36.9dBm的输出在29GHz和30.5GHz频率之间的功率。
Mmic过程概述
Avago的0.15μm耗尽模式pHEMT工艺利用双Δ掺杂的AlGaAs/InGaAs/AlGaAs异质结外延层，优化为达到约575mA/mm最大通道电流和漏极至栅极击穿电压大于14伏。正在处理从氮化物沉积开始，接着是TaN沉积，掩模和干法蚀刻以产生50欧姆/平方英寸的精密电阻器。然后进行隔离掩模和氧气注入隔离FET和EPI电阻器。形成欧姆接触通过Au-Ge-Ni-Au的蒸发和剥离。源极到漏极间距为2.4μm。用I形线形成宽的栅极凹陷氮化物层和N的光学光刻和干法蚀刻+覆盖层。接下来是分两步完成的栅极光刻步骤。首先，使用具有248nM深UV相移掩模技术的负光致抗蚀剂来定义栅极干。接下来，使用负光致抗蚀剂来定义栅极T形顶部以及I-Line光刻。Pt-Ti-Pt-Au栅极蒸发和然后进行剥离，然后进行氮化硅钝化。使用蒸发和剥离技术形成1μm厚的Ti/Pt/Au金属层，然后形成1550埃氮化硅电容器电介质、4μm厚的电镀空气桥层和SiN外涂层。MMIC过程配备了无源部件，包括190和390Ω/平方。EPI电阻器，50Ω/sq。TaN电阻器，0.39fF/μm2 SiN MIM电容器，27pH背面过孔和两个用于电感器和传输线的金属层。厚度为4μm的气桥金属提供低电阻以及在高电流下良好的电迁移裕度。
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