BCD工艺综述

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2024年6月3日发(作者：)

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(Bipolar CMOS

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

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

[1]

，是一

种4μm 60V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1 ST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4μm BCD工艺

发展到了第六代0.13μm BCD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( system oriented technology)。

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)、Power Integration（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1980年代中期引入时，马

上就成为几乎所有智能功率应用的首选.经过不断改进、分化,ST公司开发了一系列对全球功

［

率IC影响深远的BCD工艺,如BCD3(1。2μm）

[2]

、BCD4（0.8μm）

[3]

、BCD5(0。6μm）

4]

、

］］

BCD6(0。35μm）

[5

。最新的BCD工艺是基于VLSI CMOS平台的0.18μm BCD8

[6

和0。13μm

BCD工艺。

NXP公司（原飞利浦半导体公司)在BCD工艺方面也做了大量的研究,特别是SOI BCD方

面，NXP公司已经推出了一系列基于自己开发的SOIBCD工艺平台的功率集成芯片产品，在

低噪声，高可靠性,高频率要求的应用领域占据了很大的市场份额。

TSMC在2009—2012年间推出了模组化BCD工艺,此新的BCD工艺特色在于提供12伏特

至60伏特的工作电压范围，可支持多种LED的应用,包括：LCD平面显示器的背光源、LED

显示器、一般照明与车用照明等，且工艺横跨0。6μm至0.18μm等多个世代,并有数个数字核

心模组可供选择。

中芯国际推出的BCD工艺平台主要集中于低压范围，已经实现量产的有0.35μm 20V和

0.18μm 20V外延和非外延工艺平台，更高电压（60V—80V)的工艺平台正在开发中。

华虹NEC在2009年宣布，其非外延0。35μm BCD工艺开始量产.华虹NEC在2008年成功

研发并量产了BCD350 (0.35μm BCD）工艺。针对市场的不同需求，华虹NEC现又推出了非

外延工艺的 0。35um BCD工艺，即PMU350工艺。PMU350在BCD350的基础上用Deep Nwell

替代了外延层，并简化了工艺流程,使该工艺更具竞争力.华虹NEC PMU350工艺主要面向电

源管理、显示驱动、汽车电子、工业控制等领域，该工艺的标准配置包括3。3V/5V的CMOS，

12V/18V/30V/40V的LDMOS以及垂直的NPN和水平的PNP双极管.此工艺同时还提供高精度

的电阻、高密度的电容及一次性可编程器等多种器件.华虹NEC已经在开发0。18μmBCD技

术平台，以期能够提供电源管理和SOC芯片等更高端的技术。

2.2BCD工艺关键技术

BCD工艺将双极器件、CMOS器件以及DMOS器件集成到同一芯片上,这就要求在兼容工

艺下集成后的这些器件能够基本具有分立器件的良好性能，特别是高压器件如DMOS器件；

其次,制造出来的芯片应该有更好的综合性能，要有小的寄生效应；此外，尽量要减少工艺

的复杂程度，以节省成本。在这些基本要求之下，BCD工艺的关键技术主要包括三大类问

题：隔离技术，工艺兼容性以及DMOS器件的设计。

2。2。1 隔离技术

在传统的双极工艺，CMOS工艺和BiCMOS工艺中都会采用隔离技术以实现器件与器件

之间，器件与电路之间，电路与电路之间电学上的隔离，BCD工艺中的隔离技术与其他工

艺中隔离技术基本类似,主要的隔离技术包括三种：自隔离，结隔离和介质隔离，如图2所示

］

为三种隔离技术的截面图

[7

。

本文标签： 工艺功率器件集成技术