最新第三章-基本功率集成电路工艺

2020/11/13
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BCD工艺几个发展方向
SOI方向：
利用SOI良好的隔离优势进行高性能和高稳定性的PIC产品 的实现。
20世纪80年代中期，意法半导体（ST）公司率先研制成功 BCD工艺技术，在一套工艺制程能在一个硅片上制造出Bipolar、 CMOS和DMOS高压功率器件。随着集成电路和微电子工艺的进 一步发展，BCD工艺已成为PIC制造的主流技术。
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NMOS-DMOS兼容工艺
Device
Vertical Power MOSFET
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CMOS-DMOS兼容工艺
Source
Gate
Drain
STI N+ Pwell
N+ STI
Nwell
Pwell
P-substrate
(a) DE-NMOS
Source
Gate
Drain
STI P+ Nwell
Pwell P+ STI
P-substrate
(b) DE-PMOS
基于0.18 μm标准CMOS工艺的扩展漏MOS结构
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BCD发展状况
目前BCD工艺已被广泛运用于电源管理、显示驱动、汽车电 子、工业控制等PIC领域。
众多国内外的功率半导体厂商加入到BCD工艺这一领域： ST Microelectronics Philips BCD semiconductor Texas Instruments National Semiconductor Onsemi Power Integration等等公司。
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国家半导体公司
国家半导体（National Semiconductor）公司 开发一系列BCD工艺，其相应产品主要集中在电 源管理方面，是全球第一大的稳压器及电压参考 电路供应商。
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BCD工艺几个发展方向
目前BCD工艺还向以下几个方向发展： SOI方向 与微电子机械系统（MEMS）结合 与SOC系统结合
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功率集成电路兼容工艺概况
NMOS-DMOS兼容工艺 CMOS-DMOS兼容工艺 Bipolar-CMOS-DMOS兼容工艺
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功率集成电路工艺
由于一般传统CMOS或者Bipolar工艺均无法满足PIC需求， 随着工艺水平的不断进步，目前出现的PIC兼容工艺主要有： NMOS-DMOS兼容工艺 CMOS-DMOS兼容工艺 Bipolar-CMOS-DMOS兼容工艺（简称BCD工艺）等
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CMOS-DMOS兼容工艺
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基于标准0.5μm标准 CMOS工艺采用智能电 压扩展技术的RESURF 结构LDMOS。
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CMOS-DMOS与标准CMOS工艺对比
次序 1 2 3 4 5 6 7 8
(a) 标准CMOS工艺 P-衬底 N阱注入 场氧化
N-沟道区注入 P-沟道区注入 栅氧化及多晶硅淀积 NMOS和PMOS源漏注入
第三章-基本功率集成电路工艺
主要内容
功率集成电路兼容工艺概况 PIC的隔离技术 PIC功率器件PN结的终端技术 主流工艺Bipolar-CMOS-DMOS技术 SPIC工艺例子 HV-IC工艺例子
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功率集成电路工艺
功率集成电路内部包含低压控制电路（以低压CMOS为 主）和功率器件两大部分，要实现低压和高压集成在一块芯 片上，基本条件满足： 一方面必须使高低压器件在电路结构、电性能参数上兼容; 另一方面必须在制备工艺上相互兼容。
BCD工艺集成DMOS功率器件，不仅不需要额外的封装和 片外整合就可以直接驱动负载，而且可以达到提高性能、 减小成本和降低功耗的目的。
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ST公司的第一代BCD工艺
ST公司开发的第一代BCD工艺，是在传统的结隔离 双极工艺基础上，兼容纵向DMOS器件的4μm 60V 工艺。
第一代BCD工艺只需要12块掩模版，相比普通的双极 工艺并没有增加很多。
基于第一代BCD工艺的PIC产品为L6202和L6203，均 为集成DMOS的桥驱动IC，最大驱动电流可以达到 3A。
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ST公司的第二代BCD工艺
相比第一代： 光刻精度4μm->2.5μm 单位面积集成器件650个/mm2->1500个/mm2 功率器件的特征导通电阻下降接近一半
Croห้องสมุดไป่ตู้s section
S
G
N+
N+
P+ P-
P- P+
N-
N+
D S GD S GD
N+
N+ P- P+
N+
N-
N+
AK
AK AK
N+ P+ P-
N+ P+
AK
P++ N+ P+
P+ N+ A
Deep P+ N-
N+
K
T. Fujihira 等人研制出 用于汽车低面(low-side) 开关的自隔离NMOSDMOS工艺（1991年）
NMOS 25V and 10V enhancement Depletion
Zeners 25V 10V
5V(Option) Poly-Si Zener
8V(option)
HV Zener Vz controllable (Option)
20R2es0is/to1rs1a/nd1C3apacitors
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ST公司
ST公司从1986年开发出第一代BCD工艺之后，其工艺水平 得到不断改进和提高。目前ST公司已开发出一系列用于功 率集成电路制造的BCD工艺，如BCD3、BCD4、BCD5、 BCD6。
继BCD6之后，BCD工艺已发展到采用特征线宽为0.18μm 的BCD8技术，同时在VLSI CMOS工艺基础上集成功率 LDMOS器件（包括N型和P型沟道）。目前ST公司的BCD 系列工艺的PIC产品广泛运用于通信、消费类电子、汽车电 子等领域。
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(b) CMOS-DMOS兼容工艺 P-衬底 N阱注入
N-drift注入 P-drift注入
场氧化 N-沟道区注入 P-沟道区注入 栅氧化及多晶硅淀积
NMOS和PMOS源漏注入
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Bipolar-CMOS-DMOS兼容工艺
Bipolar-CMOS-DMOS兼容工艺（简称BCD工艺）是一种 将Bipolar、CMOS和DMOS晶体管集成在同一块硅衬底 上的工艺。