BCD工藝憑什么成為主流？

什么是BCD工藝？

BCD工藝是1986年由ST首次推出的一種單晶片集成工藝技術(shù)，這種技術(shù)能夠在同一芯片上制作雙極管bipolar，CMOS和DMOS 器件，它的出現(xiàn)大大地減小了芯片的面積。

可以說，BCD工藝充分發(fā)揮了Bipolar驅(qū)動能力、CMOS高集成度和低功耗、DMOS高壓大電流通流能力的優(yōu)勢。

其中，DMOS是提升功率和集成度的關(guān)鍵。

隨著集成電路工藝的進一步發(fā)展，BCD工藝已經(jīng)成為PMIC的主流制造技術(shù)。

BCD工藝截面圖，圖源網(wǎng)絡，謝謝 ? ?

BCD工藝的優(yōu)勢

BCD工藝把Bipolar器件、CMOS器件、DMOS功率器件同時制作在同一芯片上，整合了雙極器件Bipolar的高跨導、強負載驅(qū)動能力和CMOS的高集成度、低功耗，使其互相取長補短，發(fā)揮各自的優(yōu)點；同時DMOS可以在開關(guān)模式下工作，功耗極低。 總而言之，低功耗、能效高、集成度高是BCD的主要優(yōu)點之一。

BCD工藝可大幅降低功率耗損，提高系統(tǒng)性能，具有更好的可靠性。電子產(chǎn)品功能與日俱增，對于電壓的變化、電容的保護和電池壽命的延長要求日益重要，而BCD所具備的高速節(jié)能的特點滿足對高性能模擬/電源管理芯片的工藝需求。
BCD工藝的關(guān)鍵技術(shù)

BCD工藝典型器件包括低壓CMOS、高壓MOS管、各種擊穿電壓的LDMOS、垂直NPN/PNP和肖特基二極管等，有些工藝還集成了JFET、EEPROM等器件，導致BCD工藝中器件種類多，因此在設計中除了要考慮高壓器件和低壓器件以及雙擊工藝和CMOS工藝等的兼容性，還要考慮合適的隔離技術(shù)。

在BCD隔離技術(shù)上相繼出現(xiàn)了結(jié)隔離、自隔離和介質(zhì)隔離等多項技術(shù)。結(jié)隔離技術(shù)是將器件做在P型襯底的N型外延層上，利用PN結(jié)的反偏特性實現(xiàn)隔離，因為PN結(jié)在反偏下具有很高的電阻。 自隔離技術(shù)本質(zhì)上也是PN結(jié)隔離，是依靠器件中源漏區(qū)與襯底之間形成自然的PN結(jié)特性實現(xiàn)隔離。

當MOS管導通時源區(qū)、漏區(qū)與溝道都被耗盡區(qū)包圍，與襯底之間形成隔離。當其截止時漏區(qū)與襯底之間PN結(jié)反偏，源區(qū)高壓被耗盡區(qū)隔離。 介質(zhì)隔離是利用氧化硅等絕緣介質(zhì)實現(xiàn)隔離，在介質(zhì)隔離和結(jié)隔離基礎上結(jié)合二者優(yōu)點還發(fā)展出了準介質(zhì)隔離，通過選擇性的采用上述隔離技術(shù)，實現(xiàn)高壓和低壓的兼容。

BCD工藝的發(fā)展方向

BCD 工藝技術(shù)的發(fā)展不像標準CMOS 工藝那樣，一直遵循Moore 定律向更小線寬、更快的速度方向發(fā)展。BCD 工藝大致朝著三個方向分化發(fā)展：高壓、高功率、高密度。

高壓BCD方向

高壓 BCD，可以在同一芯片上同時制造高可靠性的低壓控制電路和超高壓DMOS 級電路， 可實現(xiàn)500-700V的高壓器件的制作，但總體上BCD還是適合那些對功率器件尤其是BJT或大電流DMOS器件要求比較高的產(chǎn)品，可用于電子照明和工業(yè)應用的功率控制。

目前制造高壓BCD的技術(shù)是1979年由Appel等人提出的RESURF技術(shù)，利用輕摻雜的外延層制作器件，使表面電場分布更加平坦從而改善表面擊穿的特性，使擊穿發(fā)生在體內(nèi)而不是表面，從而提高器件的擊穿電壓。輕摻雜是提高BCD擊穿電壓的另一個方法，主要是采用雙擴散漏DDD（double Doping Drain）和輕摻雜漏LDD（lightly Doping Drain），在DMOS漏區(qū)通過添加N型漂移區(qū)使原來N+漏極與P型襯底之間的接觸變?yōu)镹-漏極與P型襯底之間的接觸，從而提高擊穿電壓。

高功率BCD方向

高功率BCD的電壓范圍在40-90V，主要用于需求大電流驅(qū)動能力、中等電壓和簡單控制電路的汽車電子。它的需求特點是大電流驅(qū)動能力、中等電壓，而控制電路往往比較簡單。

高密度BCD方向

高密度BCD，電壓范圍為5-50V，個別汽車電子會到70V?？梢栽谕粋€芯片上集成越來越多的復雜和多樣化的功能。高密度BCD采用了一些模塊化的設計思路，從而實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，主要用于汽車電子應用。

BCD工藝的主要應用

BCD工藝廣泛運用于電源管理（電源和電池控制）、顯示驅(qū)動、汽車電子、工業(yè)控制等。電源管理芯片（PMIC）屬于模擬芯片的重要類型之一。BCD工藝與SOI技術(shù)結(jié)合也是BCD工藝發(fā)展的一大特點。

TowerSemiBCD

Tower Semiconductor 業(yè)界領先的雙極CMOS-DMOS（BCO）技術(shù)采用低Rdson LDMOS、多種隔離方案結(jié)合高數(shù)字集成能力，在寬電壓范圍內(nèi)提供高功率密度與效率，為電機驅(qū)動器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電池管理芯片、PMIC、負載開關(guān)、穩(wěn)壓器、LED驅(qū)動器等消費類、通信類、計算類、汽車類和工業(yè)類應用帶來顯著優(yōu)勢。

Tower Semiconductor的電源管理平臺旨在提供最大的靈活性，使客戶能夠制造出設計優(yōu)化、集成度靈活的產(chǎn)品，確保一次完成芯片設計，從而實現(xiàn)快速上市。該技術(shù)覆蓋了從低功率到高功率應用最高可達700V的電壓范圍，8英寸和12英寸晶圓上均可生產(chǎn)。Tower Semiconductor的多功能IP產(chǎn)品組合包括NVM、SRAM、ROM、數(shù)字庫和ESD PCell，支持任何電源管理芯片的需求。

180nm | 5V-700V

0.18μm Bulk BCD：Tower Semiconductor提供領先的0.18μmBipolar-CMOS-DMOS （BCD）平臺，擁有當今最豐富的成熟且模塊化的電源管理代工技術(shù)，采用通用PDK，提供多種隔離方案和可擴展的LDMOS，可在Bulk CMOS晶圓上，在1.8V至140V的寬電壓范圍內(nèi)，實現(xiàn)最低的Rdson值。該平臺非常適合12V/48V電池操作以及各種DC-DC轉(zhuǎn)換器和PMIC應用。對于更高階的ECU，TS18PM平臺使用密集的數(shù)字庫和大量的存儲器產(chǎn)品組合（包括OTP及MTP）來高集成度。

65nm | 24V

65nm BCD：Tower Semiconductor的65nm 5V和1.2V/5V BCD平臺帶來最低的Rdson并顯著縮小裸片面積，非常適合汽車電源管理中多個次級PMIC應用。該平臺支持高達16V的操作電壓，由位于日本Uozu的工廠提供。Tower Semiconductor在至少兩個不同地點的生產(chǎn)基地中，提供合格的200mm首要電源管理生產(chǎn)流程，以始終確?？蛻舻拈L期供貨與靈活產(chǎn)能。

Tower Semiconductor提供的電源技術(shù)服務于廣泛的市場，從移動、計算機和其它消費類產(chǎn)品，到汽車、工業(yè)及低功耗可穿戴設備。Tower Semiconductor的解決方案能夠高度整合最精密的電源控制并實現(xiàn)同類最佳的效率，滿足終端產(chǎn)品對更高功率的持續(xù)需求。

審核編輯：劉清