BCD工艺制程技术简介

1986年，意法半导体（ST）公司率先研制成功BCD工艺制程技术。BCD工艺制程技术就是把BJT，CMOS和DMOS器件同时制作在同一芯片上。BCD工艺制程技术除了综合了双极器件的高跨导和强负载驱动能力，以及CMOS 的高集成度和低功耗的优点，使其互相取长补短，发挥各自的优点外，更为重要的是它还综合了高压 DMOS器件的高压大电流驱动能力的特性，使DMOS 可以在开关模式下工作，功耗极低。从而不需要昂贵的陶瓷封装和冷却系统就可以将大功率传递给负载。低功耗是 BCD 工艺集成电路的一个主要优点之一。

BCD 工艺集成电路可大幅降低功率耗损，提高系统性能，节省电路的封装成本，并具有更好的可靠性。在BCD 工艺集成电路中，DMOS 器件采用厚的栅氧化层，更深的结深和更大的沟道长度。另外，DMOS 器件的独特耐高压结构决定了它的漏极能承受高压，而且可在小面积内做超大尺寸器件，做到高集成度。DMOS 器件适合用于设计模拟电路和输出驱动，尤其是高压功率部分，但不适合做逻辑处理，CMOS 器件可以弥补它这个缺点。

DMOS 与 CMOS 器件结构类似，也是由源、漏和栅组成，但是 DMOS 器件的漏极击穿电压非常高。DMOS 器件主要有两种类型，一种是 VDMOS（Vertical Double Diffused MOSFET，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管），另一种是 LDMOS（Lateral Double Diffused MOSFET，横向双扩散金属氧化物半导体场效应管）。图1-17所示为 VDMOS 和LDMOS 剖面图。图1-17a是VDMOS 分立器件的剖面图，它的漏极是从衬底接线的，它的源极，栅极和漏极不在一个平面，所以它只能做分立器件，而不能与其他CMOS集成在一个芯片。图1-17b是与CMOS 工艺制程技术兼容的VDMOS 的剖面图，它的三端（源极，栅极和漏极）是在一个平面，VDMOS器件的沟道长度是由轻掺杂的P型漂移区决定的，漏极通过轻掺杂的HVNW连接沟道，它可以有效防止源漏穿通，在漏极电压较高的情况下，该区域会完全耗尽，因而可以承受很大的电压差。图1-17c是与CMOS 工艺制程技术兼容的 LDMOS 的剖面图，它的三端（源极，栅极和漏极）也是在同一个平面，LDMOS 与VDMOS 的主要区别是 LDMOS 的电流横向流动。与CMOS 工艺制程技术兼容的 VDMOS 和LDMOS 被广泛应用于集成电路设计。P_drift是p型漂移区，N_drift是n 型漂移区，HVNW（High Voltage N-WELL） 是高压n型阱。

DMOS 器件是功率输出级电路的核心，它往往占据整个芯片面积的一半以上，它是整个BCD 工艺集成电路的关键。DMOS的核心部件是由成百上千的单一结构的 DMOS 单元所组成的，它的面积是由一个芯片所需要的驱动能力所决定的。既然 DMOS 器件在BCD 工艺集成电路中的作用如此重要，所以它的性能直接决定了芯片的驱动能力和芯片面积。对于一个由多个基本单元结构组成的 DMOS 器件，其中一个最重要的参数是 DMOS 器件的导通电阻Rdson。Rdson是指在 DMOS 器件导通工作时，从漏到源的等效电阻。对于 DMOS 器件应尽可能减小导通电阻，这是BCD 工艺制程技术所追求的目标。当DMOS 器件的导通电阻很小时，它就会提供一个很好的开关特性，因为对于特定的电压，小的导通电阻意味着有较大的输出电流，从而可以具有更强的驱动能力。DMOS 的主要技术指标有：导通电阻、阈值电压和击穿电压等。

BCD 工艺制程技术的发展不像标准 CMOS 工艺制程技术那样一直遵循摩尔定律向更小线宽、更快的速度方向发展。BCD 工艺制程技术朝着三个方向分化发展：高压、高功率和高密度。

1）高压 BCD 工艺制程技术主要的电压范围是500~700V，高压BCD 工艺制程技术主要的应用是电子照明和工业控制。

2）高功率 BCD工艺制程技术主要的电压范围是40~90V，主要的应用是汽车电子和手机RF功率放大器输出级。它的特点是大电流驱动能力和中等电压，而控制电路往往比较简单。

3）高密度BCD工艺制程技术主要的电压范围是5~50V，一些汽车电子应用会到70V，在此应用领域，BCD 技术将集成越来越复杂的功能，比如将信号处理器和功率激励部分同时集成在同一块芯片上。

未来电子系统的主要市场是多媒体应用、便携性及互联性。这些系统中会包含越来越复杂的高速集成电路，加上专用的多功能芯片来管理外围的显示、灯光、照相、音频和射频通信等。为实现低功耗和高效率功率模块，需要混合技术来提供高压能力和超低漏电以保证是够的待机时间，同时在电池较低的电压供电下也能保持良好的性能，目前一些新兴BCD技术正在形成。

1）RF-BCD主要用于实现手机 RF功率放大器输出级。

2） SOI-BCD 主要用于无线通信的各种数字用户线路驱动。SOI-BCD 有利于减少各种寄生效应，但是由于早期SOI 材料很昂贵，没有得到广泛应用。进入21世纪，SOI 才正逐渐成为主流的工艺制程技术，SOI 是许多特定应用的上佳选择。