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BCD工艺概述
BCD工艺概述0 a* z! }9 j! W: pOverview of BCD Process/ o% `. O/ I! Y1 [( h4 z/ x, L2 B- X0 w5 t$ E; M5 E( c, P z, b0 v) j7 k: h: W是一种单片集成工艺技术。1986年由意法半导体(ST)公司率先研制成功,这种技术能够在同一芯片上制作双极管bipolar,CMOS和DMOS 器件,称为BCD工艺。了解BCD工艺的特点,需要先了解双极管 bipolar,CMOS和DMOS器件这三种器件的特点,详见表1。$ j D, P k1 D( g表1 双极管Bipolar,CMOS和DMOS器件的特点 1 t! q* f* p5 F5 i??E% _( v s- C器件类别 器件特点 应用 7 P) |0 n$ p9 c6 Q0 D双极器件 两种载流子都参见导电,驱动能力强,工作频率高,集成度低 模拟电路对性能要求较高部分(高速、强驱动、高精度) 3 ~1 n$ {6 h# s7 YCMOS器件 集成度高,功耗低 适合做逻辑处理,一些输入,也可以做输出驱动 % Q3 K( z! {# f- X$ _8 C7 w( ]1 ODMOS器件 高压大电流驱动(器件结构决定漏端能承受高压,高集成度可在小面积内做超大W/L) 模拟电路和驱动,尤其是高压功率部分,不适合做逻辑处理.) $ H) o! \( E @7 c2 u) `2 l; e, k; V) m; z. JBCD工艺把双极器件和CMOS器件同时制作在同一芯片上。它综合了双极器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS集成度高、低功耗的优点,使其互相取长补短,发挥各自的优点。更为重要的是,它集成了DMOS功率器件,DMOS可以在开关模式下工作,功耗极低。不需要昂贵的封装和冷却系统就可以将大功率传递给负载。低功耗是BCD工艺的一个主要优点之一。整合过的BCD工艺制程,可大幅降低功率耗损,提高系统性能,节省电路的封装费用,并具有更好的可靠性。 % Q+ r% h! O: O- e3 f1 I.1 BCD工艺的基本要求 ) z ~: w+ v5 d- M! J) s* C V首先,BCD工艺必须把双极器件、CMOS器件和DMOS器件同时制作在同一芯片上,而且这三种器件在集成后应基本上能具有各自分立时所具有的良好性能;其次,BCD工艺制造出来的芯片应具有更好的综合性能;此外,相对于其中最复杂的工艺(如双阱、多层布线、多层多晶硅的CMOS工艺)不应增加太多的工艺步骤。 9 s1 [3 y??s8 {7 c* B% e8 N- y- y! Q$ u2 X! Y$ i: h9 G2.2 BCD工艺兼容性考虑. d s4 y1 E+ Z8 s/ I工艺典型器件包括低压CMOS管、高压 MOS管、各种击穿电压的LDMOS、垂直NPN管、垂直PNP管、横向PNP管、肖特基二极管、阱电阻、多晶电阻、金属电阻等;有些工艺甚至还集成了EEPROM、结型场效应管JFET等器件。由于集成了如此丰富的器件,这就给电路设计者带来极大的灵活性,可以根据应用的需要来选择最合适的器件,从而提高整个电路的性能。 * A: @( U0 R/ P1 Z; k0 P??c n, i) c/ u* `9 K+ F$ m t7 q( J: d??}由于BCD工艺中器件种类多,必须做到高压器件和低压器件的兼容;双极工艺和CMOS工艺的相兼容,尤其是要选择合适的隔离技术;为控制制造成本,必须考虑光刻版的兼容性。考虑到器件各区的特殊要求,为减少工艺制造用的光刻版,应尽量使同种掺杂能兼容进行。因此,需要精确的工艺模拟和巧妙的工艺设计,有时必须在性能与集成兼容性上作折中选择。通常BCD采用双阱工艺,有的工艺会采用三阱甚至四阱工艺来制作不同击穿电压的高压器件。 - q8 k. w, h9 ?: Z2 O; q3 w% r; ZDMOS器件的结构、工作原理与特点- G$ _4 c+ X$ G6 ^, m功率输出级DMOS管是此类电路的核心,往往占据整个芯片面积的1/2~2/3,它是整个集成电路的关键。DMOS与CMOS器件结构类似,也有源、漏、栅等电极,但是漏端击穿电压高。 DMOS主要有两种类型,垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管VDMOSFET( vertical double-diffused MOSFET)和横向双扩散金属氧化物半导体场效应管LDMOSFET (lateral double-dif fused MOSFET)。 ( W7 U$ M8 O! c% j* P+ T6 ], 2 f* Q. j7 O7 V, o9 X/ U, t/ KLDMOS由于更容易与CMOS工艺兼容而被广泛采用。LD
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