BCD工艺凭什么成为主流？

什么是BCD工艺？

BCD工艺是1986年由ST首次推出的一种单晶片集成工艺技术，这种技术能够在同一芯片上制作双极管bipolar，CMOS和DMOS 器件，它的出现大大地减小了芯片的面积。

可以说，BCD工艺充分发挥了Bipolar驱动能力、CMOS高集成度和低功耗、DMOS高压大电流通流能力的优势。

其中，DMOS是提升功率和集成度的关键。

随着集成电路工艺的进一步发展，BCD工艺已经成为PMIC的主流制造技术。

BCD工艺截面图，图源网络，谢谢    

BCD工艺的优势

BCD工艺把Bipolar器件、CMOS器件、DMOS功率器件同时制作在同一芯片上，整合了双极器件Bipolar的高跨导、强负载驱动能力和CMOS的高集成度、低功耗，使其互相取长补短，发挥各自的优点；同时DMOS可以在开关模式下工作，功耗极低。 总而言之，低功耗、能效高、集成度高是BCD的主要优点之一。

BCD工艺可大幅降低功率耗损，提高系统性能，具有更好的可靠性。电子产品功能与日俱增，对于电压的变化、电容的保护和电池寿命的延长要求日益重要，而BCD所具备的高速节能的特点满足对高性能模拟/电源管理芯片的工艺需求。    
BCD工艺的关键技术

BCD工艺典型器件包括低压CMOS、高压MOS管、各种击穿电压的LDMOS、垂直NPN/PNP和肖特基二极管等，有些工艺还集成了JFET、EEPROM等器件，导致BCD工艺中器件种类多，因此在设计中除了要考虑高压器件和低压器件以及双击工艺和CMOS工艺等的兼容性，还要考虑合适的隔离技术。

在BCD隔离技术上相继出现了结隔离、自隔离和介质隔离等多项技术。结隔离技术是将器件做在P型衬底的N型外延层上，利用PN结的反偏特性实现隔离，因为PN结在反偏下具有很高的电阻。 自隔离技术本质上也是PN结隔离，是依靠器件中源漏区与衬底之间形成自然的PN结特性实现隔离。

当MOS管导通时源区、漏区与沟道都被耗尽区包围，与衬底之间形成隔离。当其截止时漏区与衬底之间PN结反偏，源区高压被耗尽区隔离。 介质隔离是利用氧化硅等绝缘介质实现隔离，在介质隔离和结隔离基础上结合二者优点还发展出了准介质隔离，通过选择性的采用上述隔离技术，实现高压和低压的兼容。    

BCD工艺的发展方向

BCD 工艺技术的发展不像标准CMOS 工艺那样，一直遵循Moore 定律向更小线宽、更快的速度方向发展。BCD 工艺大致朝着三个方向分化发展：高压、高功率、高密度。

高压BCD方向

高压 BCD，可以在同一芯片上同时制造高可靠性的低压控制电路和超高压DMOS 级电路， 可实现500-700V的高压器件的制作，但总体上BCD还是适合那些对功率器件尤其是BJT或大电流DMOS器件要求比较高的产品，可用于电子照明和工业应用的功率控制。

目前制造高压BCD的技术是1979年由Appel等人提出的RESURF技术，利用轻掺杂的外延层制作器件，使表面电场分布更加平坦从而改善表面击穿的特性，使击穿发生在体内而不是表面，从而提高器件的击穿电压。轻掺杂是提高BCD击穿电压的另一个方法，主要是采用双扩散漏DDD（double Doping Drain）和轻掺杂漏LDD（lightly Doping Drain），在DMOS漏区通过添加N型漂移区使原来N+漏极与P型衬底之间的接触变为N-漏极与P型衬底之间的接触，从而提高击穿电压。

高功率BCD方向

高功率BCD的电压范围在40-90V，主要用于需求大电流驱动能力、中等电压和简单控制电路的汽车电子。它的需求特点是大电流驱动能力、中等电压，而控制电路往往比较简单。

高密度BCD方向

高密度BCD，电压范围为5-50V，个别汽车电子会到70V。可以在同一个芯片上集成越来越多的复杂和多样化的功能。高密度BCD采用了一些模块化的设计思路，从而实现产品多样化，主要用于汽车电子应用。   

BCD工艺的主要应用

BCD工艺广泛运用于电源管理（电源和电池控制）、显示驱动、汽车电子、工业控制等。电源管理芯片（PMIC）属于模拟芯片的重要类型之一。BCD工艺与SOI技术结合也是BCD工艺发展的一大特点。   

TowerSemi BCD

Tower Semiconductor 业界领先的双极CMOS-DMOS（BCO）技术采用低Rdson LDMOS、多种隔离方案结合高数字集成能力，在宽电压范围内提供高功率密度与效率，为电机驱动器、DC-DC转换器、电池管理芯片、PMIC、负载开关、稳压器、LED驱动器等消费类、通信类、计算类、汽车类和工业类应用带来显著优势。

Tower Semiconductor的电源管理平台旨在提供最大的灵活性，使客户能够制造出设计优化、集成度灵活的产品，确保一次完成芯片设计，从而实现快速上市。该技术覆盖了从低功率到高功率应用最高可达700V的电压范围，8英寸和12英寸晶圆上均可生产。Tower Semiconductor的多功能IP产品组合包括NVM、SRAM、ROM、数字库和ESD PCell，支持任何电源管理芯片的需求。 

180nm | 5V-700V

0.18μm Bulk BCD：Tower Semiconductor提供领先的0.18μmBipolar-CMOS-DMOS （BCD）平台，拥有当今最丰富的成熟且模块化的电源管理代工技术，采用通用PDK，提供多种隔离方案和可扩展的LDMOS，可在Bulk CMOS晶圆上，在1.8V至140V的宽电压范围内，实现最低的Rdson值。该平台非常适合12V/48V电池操作以及各种DC-DC转换器和PMIC应用。对于更高阶的ECU，TS18PM平台使用密集的数字库和大量的存储器产品组合（包括OTP及MTP）来高集成度。

65nm | 24V

65nm BCD：Tower Semiconductor的65nm 5V和1.2V/5V BCD平台带来最低的Rdson并显著缩小裸片面积，非常适合汽车电源管理中多个次级PMIC应用。该平台支持高达16V的操作电压，由位于日本Uozu的工厂提供。Tower Semiconductor在至少两个不同地点的生产基地中，提供合格的200mm首要电源管理生产流程，以始终确保客户的长期供货与灵活产能。

Tower Semiconductor提供的电源技术服务于广泛的市场，从移动、计算机和其它消费类产品，到汽车、工业及低功耗可穿戴设备。Tower Semiconductor的解决方案能够高度整合最精密的电源控制并实现同类最佳的效率，满足终端产品对更高功率的持续需求。

审核编辑：刘清