BCD工艺综述 _原创精品文档.pdfVIP

BCD工艺及发展状况综述

摘要：随着市场对低功耗、高效率节能功率电子产品需求的不断扩展，单芯片智能功率集成

电路(SPIC）得到了迅猛发展。目前，SPIC的制造主要采用一种称为BCD(BipolarCMOS

DMOS）的集成工艺技术，本文根据实际工艺的电压标准着重阐述了高压BCD、大功率BCD

以及高密度BCD工艺的各自特点及发展标准，同时介绍了世界知名IC制造厂商的并阐述

了BCD工艺整体的发展特点及趋势.

关键词:SPIC功率集成技术BCD工艺

1、引言

智能功率集成电路（SPIC）是指将高压功率器件及低压信号处理电路和外围接口、检

测、保护等功能电路集成到单芯片上的集成电路技术.SPIC的发展依赖于目前最重要的功率

集成技术——BCD工艺，BCD工艺的特点是将硅平面工艺用到功率集成上，该工艺是一种

可以将双极、CMOS和DMOS器件同时集成到单芯片上的技术,1986年，由意法半导体公司

[1]

率先研制成功了第一代BCD工艺，当时的技术被称为MultipowerBCDtechnology，是一

种4μm60V工艺，在传统结隔离双极工艺中整合进了纵向DMOS（VDMOS)结构，该工艺

采用了12张掩膜版，其工艺截面结构如图1所示：

［

图1ST公司的第一代BCD工艺集成器件剖面图1]

在功率应用领域，与传统的双极功率工艺相比BCD工艺具有显著的优势，最基本的优

势就是使得电路设计者可以在高精度模拟的双极器件,高集成度的CMOS器件和作为功率输

出级的DMOS器件之间自由选择.由于DMOS具有高效率(低损耗)、高强度（无二次击穿）、

高耐压、固有的源漏二极管的存在(作用类似续流二极管）和高速的开关特性，因此，DMOS

特别适合作为功率开关器件,而且其制造工艺可以和和硅栅CMOS制造工艺兼容，从而有利

于功率集成。整合好的BCD工艺可大幅降低功耗，提高系统性能，增加可靠性和降低成本.

经过近三十年的发展，BCD工艺技术已经取得了很大进步，从第一代的4μmBCD工艺

发展到了第六代0.13μmBCD工艺，线宽尺寸不断减小的同时也采用了更先进的多层金属布

线系统，使得BCD工艺与纯CMOS工艺发展差距缩小；另一方面，BCD工艺向着标准化模块

化发展，其基本工序标准化，混合工艺则由这些基本工序组合而成,设计人员可以根据各自

的需要增减相应的工艺步骤.当今BCD工艺中的CMOS与纯CMOS完全兼容，现有的图形单元

库可以直接被混合工艺电路调用。

总的来说，今后的BCD工艺主要向着高压，高功率和高密度这三个方向发展,同时提高

与CMOS工艺的工艺兼容性,并针对更多的应用需要灵活化工艺设计;另外，BCD技术与SOI

技术相结合也是一种非常重要的趋势，目前一些新兴的BCD技术也已经形成体系,如：

HVCMOS—BCD主要用于彩色显示驱动，RF-BCD主要用于实现手机RF功率放大输出级，

BCD-SOI主要用于无线通信。BCD工艺的发展使更多复杂的功能可以集成。这使SPIC的设

计变得更加灵活、方便,设计时间和费用大幅度减少。这样便出现了将微处理器、存储器等

系统的核心单元与接口、电源、保护等单元单片集成的高智能化功率系统（PSoC)，即面向

系统的高智能功率技术(systemorientedtechnology)。

2、BCD集成电路技术研究进展

2.1国内外知名厂商及其工艺

一些著名国际半导体公司在功率集成技术领域处于领先地位，如德州仪器（TI)、仙童

半导体（Fairchild)、PowerIntegration（PI）、国际整流器公司（IR）、飞思卡尔（Freescale）、

意法半导体（ST）、Philips、三菱等。国内拥有BCD工艺线的厂商比较有限，主要有台积电

（TSMR）、中芯国际、华虹NEC、上海宏力半导体、上海新进半导体、华润上华等。

ST公司是欧洲功率半导体的最大厂商，其首创的BCD工艺在