BCD集成器件与工艺之发展概述.pdf

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1、BCD集成器件与工艺之发展概述宋洵奕，李泽宏，任敏，张金平(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054)摘要：随着市场对低功耗、高效率节能功率电子产品需求的不断扩展，单芯片智能功率集成电路(SPIC)得到了迅猛发展。目前，SPIC的制造主要采用一种称为BCD(BipolarCMOSDMOS)的集成工艺技术，本文根据实际工艺的电压标准着重阐述了高压BCD、大功率BCD以及高密度BCD工艺的各自特点及发展标准，同时介绍了世界知名IC制造厂商的并阐述了BCD工艺整体的发展特点及趋势。关键词：S

2、PIC功率集成技术BCD工艺1引言智能功率集成电路(SPIC)是指将高压功率器件及低压信号处理电路和外围接口、检测、保护等功能电路集成到单芯片上的集成电路技术。SPIC的发展依赖于目前最重要的功率集成技术——BCD工艺，BCD工艺的特点是将硅平面工艺用到功率集成上，该工艺是一种可以将双极、CMOS和DMOS器件同时集成到单芯片上的技术，1986年，由意法半导体公司率先研制成功了第一代BCD工艺，当时的技术被称为MultipowerBCDtechnologyE¨，是一种4岬60V工艺，在传统结隔离双极工艺中整

3、合进了纵向DMOS(VDMOS)结构，该工艺采用了12张掩膜版，其工艺截面结构如图1所示：CMOSl锪皆}VNpNertiea’lVDMOSD／SS／DDISS／D；BCE：EBC：DSD图1ST公司的第一代BCD工艺集成器件剖面图【lJ在功率应用领域，与传统的双极功率工艺相比BCD工艺具有显著的优势，最基本的优势就是使得电路设计者可以在高精度模拟的双极器件，高集成度的CMOS器件和作为功率输出级的DMOS器件之间自由选择。由于DMOS具有高效率(低损耗)、高强度(无二次击穿)、高耐压、固有的源漏二极管的存

4、在(作用类似续流二极管)和高速的开关特性，因此，DMOS特别适合作为功率开关器件，而且其制造工艺可以和硅栅cMOs制造工艺兼容，从而有利于功率集成。整合好的BCD工艺可大幅降低功耗，提高系统性能，增加可靠性和降低成本。经过近三十年的发展，BCD3_=艺技术已经取得了很大进步，从第一代的4岬BCDI艺发展到了第六代0．13岫BCDI艺，线宽尺寸不断减小的同时也采用了更先进的多层金属布线系统，使得BCD工艺与纯CMOS工艺发展差距缩小；另一方面，BCDI艺向着标准化模块化发展，其基本工序标准化，混合工艺则由这些

5、基本工序组合而成，设计人员可以根据各自的需要增减相应的工艺步骤。当今BCDI艺中的CMOS与纯CMOS完全兼容，现有的图形单元库可以直接被混合工艺电路调用。总的来说，今后的BCDI艺主要向着高压，高功率和高密度这三个方向发展，同时提高与CMOSI艺的工艺兼容性，并针对更多的应用需要灵活化工艺设计。BCD技术与S01技术相结合也是一种非常重要的趋势，目前一些新兴的BCD技术也已经形成体系如：HVCMOS—BCD主要用于彩色显示驱动，RF—BCD主要用于实现手机RF功率放大输出级，BCD—SOI主要用34于无线

6、通信。BCDI艺的发展使更多复杂的功能可以集成。这使SPIC的设计变得更加灵活、方便，设计时间和费用大幅度减少。这样便出现了将微处理器、存储器等系统的核心单元与接口、电源、保护等单元单片集成的高智能化功率系统(PSoC)，即面向系统的高智能功率技术(systemorientedtechnology)。2BCD集成电路技术研究进展2．1国内外知名厂商及其工艺一些著名国际半导体公司在功率集成技术领域处于领先地位，如德州仪器(TI)、仙童半导体(Fairchild)、PowerIntegration(PI)、国际

7、整流器公司(IR)、飞思卡尔(Freescale)、意法半导体(ST)、Philips、三菱等。国内拥有BCDI艺线的厂商比较有限，主要有台积电(TSMR)、中芯国际、华虹NEC、上海宏力半导体、上海新进半导体、华润上华等。ST公司是欧洲功率半导体的最大厂商，其首创的BCDI艺在1980年代中期引入时，马上就成为几乎所有智能功率应用的首选。经过不断改进、分化，ST公司开发了一系列对全球功率IC影响深远的BCDI艺，如BCD3(1。2哪)[21、BCD4(0．8rtrn)[31、BCD5(0．6I．tm)⋯、

8、BCD6(0．35I，trn)【51。最新的BCDI艺是基于VLSICMOS平台的0．181amBCD8t61和0．131maBCD工艺。NXP公司(原飞利浦半导体公司)在BCD：E艺方面也做了大量的研究，特别是SOIBCD方面，NXP公司已经推出了一系列基于自己开发的SOIBCDI艺平台的功率集成芯片产品，在低噪声，高可靠性，高频率要求的应用领域占据了很大的市场份额。TSMC在2009—2012年间推出了模组化