SiGe是目前RF半導體領域中一項非常引人關注的半導體生產工藝。繼IBM公司之后, TI公司、ST公司和Conexant Systems公司等主要的芯片供應商紛紛加入了使用者的行列。與此同時,隨著藍牙技術在個人無線設備（尤其是手機、頭戴式耳機、筆記本個人電腦和PDA等）領域中應用的迅猛發(fā)展,迫切需要開發(fā)包含無線及基帶電路的超低功耗芯片組。
SiGe技術不僅可滿足這種低功耗要求,而且還能滿足藍牙技術應用的諸多其他要求,本文將對有關情況做簡要闡述。  圖1：藍牙系統(tǒng)的SiGe技術
采用SiGe的原因
Si和Ge具有相同的結晶構造,因而可在一種材料上堆疊另一種材料,且能夠保持固定的原子順序。然而遺憾的是,在較厚的硅基片上堆疊的鍺原子層承受了較大的應力,故而會產生缺陷。為了減小結晶的應力,一般是采用生長含有30%鍺的SiGe合金（而不是純鍺材料層）的方法。
SiGe層的電子遷移率大約是純硅材料的2倍,因此,如果在晶體管的基極區(qū)使用SiGe合金,則利用這種高電子遷移率不僅能夠降低噪聲、偏置電流和饋電功率,還可提高工作頻率。鑒于這些優(yōu)點,SiGe已被支持藍牙技術的頭戴式耳機這樣的要求極低功耗的用途所選用。而且,與純硅材料或GaAs相比,SiGe還能夠在非常寬的溫度范圍內實現穩(wěn)定的工作特性。
除了以上優(yōu)點之外,只要給標準的CMOS工藝增加4道工序,或給標準的雙極型工藝增加5道工序,或給標準的Bi-CMOS工藝增加1道工序,就可使SiGe工藝兼有高速雙極型工藝和CMOS工藝兩者的功能,從而獲得對高度集成化的RF、基帶和數字功能提供支持的工藝技術（圖2）。
圖２：藍牙RF芯片的SiGe和CMOS工藝
再者,在經濟性方面,由于這樣能夠事業(yè)使用現有的批量生產用硅制造設備,因此可降低芯片成本。集成度的提高有利于減少元件的數量、壓縮電路板的占用空間并進而緩解對整機形狀的種種限制,再加上芯片成本的下降,所有這些對于藍牙消費類設備這種對成本因素極為重視的用途來說是至關重要的。
對于SiGe而言,需要注意的是其集電極-基極擊穿電壓較低,只有4V（標準值）。因此,在使用電源時應將電壓限制在這一數值以下。SiGe的制造成本比硅高10%～30%,而比砷化鎵（GaAs）低30%。
制造工藝
用硅來生長外延層有兩種方法,一種是分子束外延（MBE）,需要10-12大氣壓力以下的容器壓力;另一種是化學汽相淀積（CVD）,它利用了使所需的硅及鍺原子相結合的氣體分子。不過,這兩種方法都需要把硅基片加熱至1100℃以上的高溫,這就會在SiGe材料中產生應力,并生成許多缺陷。而且,適于這種高溫條件的摻雜物的正確配置也比較困難。
新型的UHV/CVD（特高真空/化學汽相淀積）法只采用10-6大氣壓力的容器壓力,這種方法不需要把材料加熱到那么高的溫度,生成的缺陷也有所減少,并能夠正確配置摻雜物。
材料特性
表1列出了硅和鍺的電子遷移率和空穴遷移率。在適當的環(huán)境條件下使硅與鍺相結合,
電子遷移率將變成硅的兩倍左右,由此可把工作頻率進一步提高,并可實現2GHz以上的（包括藍牙技術采用的2.4GHz頻段）片上無線功能的集成。
表１：硅和鍺的電子遷移率和空穴遷移率
為了提高RF性能,普通的SiGe電路使用的是固有電阻最高達20Ωcm的硅基片。SiGe NPN晶體管的基極層一般最多摻雜有3×108cm-3的硼,硅發(fā)射極一般最多摻雜有5×1020cm-3的砷,而集電極則摻雜有2×1016cm-3～5×1017cm-3的磷（表2）。
表2：SiGeNPN晶體管摻雜質
| | 摻雜劑 | 濃度 | | 發(fā)射極 | 砷 | 20�。� | | 5x10 cm | | 基極 | 硼 | 8 -3 | | 3x10 cm | | 集電極 | 磷 | 16 -3 17 -3 | | 2x10 cm -5 x 10 cm | |
SiGe在熱傳導和低泄漏電流方面同樣具有優(yōu)良的特性,其中,優(yōu)良的熱傳導特性有益于功率放大器的設計,而低泄漏電流特性則有助于實現包括片上校準（On-Chip Calibration）和電功率管理（Power Management）等邏輯功能的集成在內的模擬/數字混合電路的設計。利用這些功能可構筑藍牙RF IC等復雜的半導體系統(tǒng)。
器件特性
采用0.3μm SiGe Bi-CMOS工藝制造的雙極型晶體管其發(fā)射極的寬度通常為0.25μm,
而CMOS晶體管的柵極寬度一般為0.35μm。利用具有清晰摻雜形狀且寄生電容較小的自對準（self-alignment）SiGe雙極型構造,可實現50GHz的截止頻率fT及70GHz的最大振蕩頻率fmax,這與純硅材料的截止頻率和最大振蕩頻率相差不大（見表3）。
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