意法半導(dǎo)體下的“冰下世界”

TechInsights自2000年以來一直在關(guān)注意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics；ST)的“雙極-互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體-雙重?cái)U(kuò)散金屬氧化半導(dǎo)體”(Bipolar-CMOS-DMOS；BCD)技術(shù)進(jìn)展。在2000年時(shí)，TechInsights還曾經(jīng)拆解一款1999年的0.8μm BCD組件，并執(zhí)行結(jié)構(gòu)化與電氣特性的分析。

BCD技術(shù)在單一芯片上整合了CMOS邏輯、DMOS、橫向擴(kuò)散MOS晶體管(LDMOS)和雙極晶體管。DMOS和LDMOS晶體管通常用于制作高壓或更高功率輸出的驅(qū)動(dòng)器晶體管，而雙極晶體管則提供模擬功能。

意法半導(dǎo)體是BCD技術(shù)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者之一，聲稱在1980年代中期就發(fā)明了這項(xiàng)技術(shù)。但其他供應(yīng)商也提供這項(xiàng)技術(shù)，包括德州儀器(Texas Instruments；TI)、英飛凌(Infineon)、愛特梅爾(Atmel)、Maxim，以及像臺(tái)積電(TSMC)等主要的代工廠商。

意法半導(dǎo)體目前提供三種主要的BCD技術(shù)，對(duì)應(yīng)0.32μm、0.16μm和0.11μm技術(shù)分別表示為BCD6、BCD8和BCD9。此外，該公司宣稱目前正在開發(fā)90納米(nm)的BCD10技術(shù)。

最近，TechInsights購買了一款支持I2C診斷、數(shù)字阻抗計(jì)和低電壓操作功能的意法半導(dǎo)體FDA801B-VYY 4x50W D類(class-D)數(shù)字輸入功率放大器樣本(如下圖所示)。它采用了最新的BCD9s技術(shù)制造，并搭配有模擬、邏輯和LDMOS功率晶體管區(qū)塊(block)。

在2015年，意法半導(dǎo)體曾經(jīng)宣布BCD9s技術(shù)將會(huì)是其BCD9 0.13μm工藝技術(shù)的第二代。根據(jù)TechInsights的初步分析發(fā)現(xiàn)了幾項(xiàng)關(guān)鍵的新功能，包括增加了一個(gè)厚頂?shù)闹夭季€層(RDL)。在該邏輯晶體管上觀察到的最小接觸閘極間距為0.6μm，顯示它采用的是0.13μm工藝，而非意法半導(dǎo)體宣稱為BCD9s采用的0.11μ工藝。

該技術(shù)目前整合了三種隔離類型：深溝槽隔離(DTI)，用于隔離各種不同的電路區(qū)塊；CMOS邏輯采用淺溝槽隔離(STI)；而LDMOS功率晶體管區(qū)塊則使用硅上局部氧化(LOCOS)隔離。這是TechInsights第一次看到在單一芯片上整合了所有的三種隔離類型。

先前的0.13μm BCD9工藝于2015年上市。該技術(shù)具有銅金屬化特性，整合了現(xiàn)在廣泛的BCD特性數(shù)組，包括N型和P型LDMOS晶體管、金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器、6T-SRAM和雙極晶體管。

而在BCD9世代之前，意法半導(dǎo)體于2011年左右發(fā)布的是BCD8技術(shù)。它具有0.18μm CMOS閘極和4層化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的平面化鋁金屬，加上2層含硅化鈷的多晶硅，以及淺溝槽隔離(STI)。此外，還發(fā)現(xiàn)了N型和P型LDMOS晶體管，加上雙極晶體管、多晶硅-絕緣層-多晶硅(PIP)電容器和6T-SRAM內(nèi)存。

BCD技術(shù)持續(xù)成為電力電子市場(chǎng)空間中積極創(chuàng)新的領(lǐng)域。相較于先進(jìn)的CMOS——挑戰(zhàn)在于將最大數(shù)量的MOS晶體管整合至特定區(qū)域，BCD技術(shù)是由整合各種不同主動(dòng)組件于單芯片的需求而驅(qū)動(dòng)的。這需要仔細(xì)地均衡每種組件類型的不同工程需求。