《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ST首創(chuàng)的BCD工藝,,中國布局如何?

2021-05-25
來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: ST BCD

  該牌匾將放置在意法半導(dǎo)體在意大利米蘭市近郊曾經(jīng)承擔(dān)BCD開發(fā)工作的Agrate工廠Castelletto工廠的大門口,。牌匾上寫著:

  IEEE里程碑

  單片多硅技術(shù)Multiple Silicon Technologies on a Chip,,1985年

  SGS(現(xiàn)為意法半導(dǎo)體)率先采用單片集成Bipolar-CMOS-DMOS器件(BCD)的超級集成硅柵極工藝,解決復(fù)雜的,、大功率需求的應(yīng)用設(shè)計難題,。首個BCD超級集成電路L6202可以控制最高60V/5A的功率,開關(guān)頻率300kHz,。隨后的汽車,、計算機和工業(yè)自動化廣泛采用了這項工藝技術(shù),讓芯片設(shè)計人員能夠靈活,、可靠地單片集成功率,、模擬和數(shù)字信號處理電路。

  SGS(now STMicroelectronics) pioneered the super-integrated silicon-gate process combining Bipolar, CMOS, and DMOS (BCD) transistors in single chips for complex, power-demanding applications. The first BCD super-integrated circuit, named L6202, was capable of controlling up to 60V-5A at 300 kHz. Subsequent automotive, computer, and industrial applications extensively adopted this process technology, which enabled chip designers flexibly and reliably to combine power, analog, and digital signal processing.

  IEEE里程碑獎充分肯定了BCD技術(shù)的歷史貢獻,,對單片集成大功率器件,、精確模擬功能和復(fù)雜數(shù)字邏輯控制的開創(chuàng)性研究成果表示高度認(rèn)可(IEEE Milestone plaque recognizes the pioneering work that enabled engineers to combine high-power components, precise analog functions, and the complex digital logic to control them onto a single piece of silicon, a capability that has now been sold in 40 billion chips)。

  什么是BCD,?

  BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)技術(shù)是一種單片集成工藝技術(shù),,能夠在同一芯片上制作Bipolar、CMOS和DMOS器件,,1985年由意法半導(dǎo)體率先研制成功,。隨著集成電路工藝的進一步發(fā)展,,BCD工藝已經(jīng)成為PIC的主流制造技術(shù)。

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  來自ST官網(wǎng)

  1950年代出現(xiàn)了適合生產(chǎn)模擬功能器件的雙極(Bipolar)工藝,,雙極器件一般用于功率稍大的電路中,,具有截止頻率高、驅(qū)動能力大,、速度快,、噪聲低等優(yōu)點,但其集成度低,、體積大,、功耗大。1960年代,,出現(xiàn)了適合生產(chǎn)數(shù)字功能電路的CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝,,CMOS器件具有集成度高、功耗低,、輸入阻抗高等優(yōu)點,,驅(qū)動邏輯門能力比其他器件強很多,也彌補了雙極器件的缺點,。1970年代,,出現(xiàn)了適合生產(chǎn)功率器件的DMOS(雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝,DMOS功率器件具有高壓,、大電流的特點,。

  BCD工藝把Bipolar器件、CMOS器件,、DMOS功率器件同時制作在同一芯片上,,綜合了雙極器件高跨導(dǎo)、強負(fù)載驅(qū)動能力和CMOS集成度高,、低功耗的優(yōu)點,,使其互相取長補短,發(fā)揮各自的優(yōu)點,;同時DMOS可以在開關(guān)模式下工作,,功耗極低。不需要昂貴的封裝和冷卻系統(tǒng)就可以將大功率傳遞給負(fù)載,。低功耗是BCD工藝的一個主要優(yōu)點之一,。BCD工藝可大幅降低功率耗損,,提高系統(tǒng)性能,,節(jié)省電路的封裝費用,并具有更好的可靠性,。

  經(jīng)過35年的發(fā)展,,BCD工藝已經(jīng)從第一代的4微米發(fā)展到了第九代的0.11微米,線寬尺寸不斷減小的同時,也采用了更加先進的多層金屬布線系統(tǒng),,使得BCD工藝與純CMOS工藝發(fā)展差距縮小,,目前的BCD工藝中的CMOS與純CMOS可完全兼容。另一方面,,BCD工藝向著標(biāo)準(zhǔn)化模塊化發(fā)展,,其基本工序標(biāo)準(zhǔn)化,混合工藝則由這些基本工序組合而成,,設(shè)計人員可以根據(jù)各自的需要增減相應(yīng)的工藝步驟,。

  BCD首創(chuàng)者-意法半導(dǎo)體

  1987年6月,意大利SGS微電子(SGS Microelettronica,,始于1957年)和法國湯姆森半導(dǎo)體(Thomson Semiconducteurs,,始于1962年)合并成立了意法半導(dǎo)體(SGS-Thomson Microelectronics),1998年5月英文名稱更名為STMicroelectronics,。

  1980年代初期,,當(dāng)時的SGS微電子(SGS Microelettronica)的工程師為了解決各種電子應(yīng)用問題,提出了一個革命性的構(gòu)想:

  1)創(chuàng)造一種將晶體管和二極管集成在一顆芯片上的技術(shù),,并能夠提供數(shù)百瓦功率,;

  2)用邏輯控制功率,實現(xiàn)方式需要遵循摩爾定律,;

  3)最大限度地降低功耗,,從而消除散熱器;

  4)支持精確的模擬功能,;

  5)以可靠的實現(xiàn)方式滿足廣泛的應(yīng)用需求,。

  1984年SGS的工程師成功將Bipolar/CMOS/DMOS/Diodes通過硅柵集成在一起。BCD首個器件是L6202電動機全橋驅(qū)動器,,采用4微米技術(shù),,12層光罩,工作電壓60V,,電流1.5A,,開關(guān)頻率300kHz,達到所有設(shè)計目標(biāo),。這個新的可靠工藝技術(shù)讓芯片設(shè)計人員能夠在單個芯片上靈活地集成功率,、模擬和數(shù)字信號處理電路。

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  圖片來自ST官網(wǎng)

  經(jīng)過35年的發(fā)展,,意法半導(dǎo)體開發(fā)了一系列對全球功率IC影響深遠的BCD工藝,,如BCD3(1.2微米)、BCD4(0.8微米),、BCD5(0.6微米),。

  意法半導(dǎo)體目前提供三種主要的BCD技術(shù),,包括BCD6(0.35微米)/BCD6s(0.32微米)、BCD8(0.18微米)/BCD8s(0.16微米和BCD9(0.13微米)/BCD9s(0.11微米),,其第十代BCD工藝將采用90納米,。

  BCD6和BCD8還提供SOI工藝選項。

  據(jù)悉,,意法半導(dǎo)體從1985年BCD推出工藝,,至今已經(jīng)過去35年并經(jīng)歷了九次技術(shù)迭代,產(chǎn)出500萬片晶圓,,售出400億顆芯片,,僅2020年就售出近30億顆芯片,第十代BCD技術(shù)即將開始投產(chǎn),。

  國內(nèi)各晶圓制造公司BCD工藝情況

  華虹半導(dǎo)體

  華虹半導(dǎo)體基于成熟的CMOS工藝平臺,,目前提供的BCD工藝平臺電壓涵蓋1.8V到700V,工藝節(jié)點涵蓋90納米/0.13微米/0.18微米/0.35微米/0.5微米/0.8微米/1.0微米,,在0.5微米,、0.35微米、0.18微米節(jié)點上積累了豐富的量產(chǎn)經(jīng)驗,。未來,,華虹半導(dǎo)體將繼續(xù)發(fā)揮在BCD和eNVM特色工藝上的技術(shù)優(yōu)勢,提供二者的集成方案,,為智能化電源產(chǎn)品,,打造高端電源管理系統(tǒng)級芯片(SoC)。

  2007年華虹半導(dǎo)體推出BCD350工藝平臺(0.35微米),;2009年推出非外延PMU350工藝平臺,;2010年推出BCD180工藝平臺(0.18微米);2013年700V BCD工藝平臺,;2018年第二代BCD180工藝平臺推出,;2020年5月90納米BCD工藝平臺在華虹無錫12英寸生產(chǎn)線順利實現(xiàn)產(chǎn)品投片,其LDMOS涵蓋5V至24V電壓段,,也為未來65/55納米的12英寸工藝技術(shù)的研發(fā)與市場拓展打開了空間,。

  華虹半導(dǎo)體還將持續(xù)8英寸生產(chǎn)線的研發(fā)創(chuàng)新,優(yōu)化升級現(xiàn)有滿足車規(guī)要求的180納米BCD技術(shù),,在相同的擊穿電壓下,,導(dǎo)通電阻平均降低約25%,技術(shù)性能顯著提升,,達到業(yè)界先進水平,,未來180納米BCD技術(shù)中的LDMOS的最高電壓由40V擴展至100V。

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  華潤微

  華潤微基于自有的主流工藝平臺,,在功率模擬工藝技術(shù)方面推出的BCD工藝解決方案,,廣泛應(yīng)用于各新興市場,,包括電源管理,、LED驅(qū)動,、汽車電子以及音頻電路等。

  華潤微的BCD工藝平臺始于2007年推出的700V CDMOS工藝,,2011年推出700V HV BCD工藝,,2013年完成600V HVIC工藝平臺研發(fā),到2020年一共完成了五代硅基700V HV BCD工藝的研發(fā)和量產(chǎn),。華潤微BCD工藝平臺電壓涵蓋5V到700V,,工藝節(jié)點涵蓋0.18微米/0.25微米/0.8微米/1.0微米,可滿足高電壓,、高精度,、高密度不同應(yīng)用的全方位需求,同步提供200-600V SOI基BCD工藝選項,。

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  士蘭微

  在BCD工藝技術(shù)平臺研發(fā)方面,,士蘭微依托于5/6英寸、8英寸和12英寸晶圓生產(chǎn)線,,建立了新產(chǎn)品和新工藝技術(shù)研發(fā)團隊,。

  基于士蘭集成的5/6英寸生產(chǎn)線開發(fā)0.8微米和0.6微米的BCD電路工藝平臺已經(jīng)穩(wěn)定運行15年,2007年1月士蘭微發(fā)布首款采用士蘭集成BCD工藝制造的高效率功率LED驅(qū)動電路,。

  基于士蘭集昕8英寸生產(chǎn)線的0.25微米的BCD電路工藝平臺和0.18微米的BCD電路工藝平臺相繼建成,,開始批量產(chǎn)出。

  基于士蘭集科12英寸生產(chǎn)線BCD電路工藝平臺也在研制中,。

  中芯國際

  中芯國際有超過10年的模擬芯片/電源管理芯片大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)驗,,技術(shù)涵蓋了0.35微米到0.15微米。除了保持面向手機和消費類電子的低壓BCD工藝平臺持續(xù)升級外,,針對工業(yè)和汽車應(yīng)用的中高壓BCD平臺和車載BCD平臺也在開發(fā)中,,同時開展了90納米BCD工藝平臺開發(fā),為高數(shù)字密度和低導(dǎo)通電阻的電源管理芯片提供解決方案,。

  


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