BCD-Prozess

Was ist der BCD-Prozess?

Der BCD-Prozess ist eine integrierte Einzelchip-Prozesstechnologie, die erstmals 1986 von ST eingeführt wurde. Mit dieser Technologie können bipolare, CMOS- und DMOS-Geräte auf demselben Chip hergestellt werden. Sein Aussehen reduziert die Fläche des Chips erheblich.

Man kann sagen, dass der BCD-Prozess die Vorteile der bipolaren Antriebsfähigkeit, der hohen CMOS-Integration und des geringen Stromverbrauchs sowie der hohen DMOS-Spannungs- und Stromflusskapazität voll ausnutzt. Unter diesen ist DMOS der Schlüssel zur Verbesserung von Leistung und Integration. Mit der Weiterentwicklung der integrierten Schaltkreistechnologie hat sich der BCD-Prozess zur gängigen Fertigungstechnologie von PMIC entwickelt.

BCD-Prozess-Querschnittsdiagramm, Quellnetzwerk, vielen Dank

Vorteile des BCD-Verfahrens
Durch den BCD-Prozess werden bipolare Geräte, CMOS-Geräte und DMOS-Leistungsgeräte gleichzeitig auf demselben Chip hergestellt. Dabei werden die hohe Transkonduktanz und die Fähigkeit zur starken Laststeuerung von bipolaren Geräten mit der hohen Integration und dem geringen Stromverbrauch von CMOS kombiniert, sodass sie sich ergänzen können sich gegenseitig unterstützen und ihre jeweiligen Vorteile voll ausspielen; Gleichzeitig kann DMOS im Schaltmodus mit extrem geringem Stromverbrauch arbeiten. Kurz gesagt, geringer Stromverbrauch, hohe Energieeffizienz und hohe Integration sind einer der Hauptvorteile von BCD. Der BCD-Prozess kann den Stromverbrauch deutlich reduzieren, die Systemleistung verbessern und eine höhere Zuverlässigkeit bieten. Die Funktionen elektronischer Produkte nehmen von Tag zu Tag zu und die Anforderungen an Spannungsänderungen, Kondensatorschutz und Batterielebensdauerverlängerung werden immer wichtiger. Die Hochgeschwindigkeits- und Energiespareigenschaften von BCD erfüllen die Prozessanforderungen für leistungsstarke Analog-/Power-Management-Chips.

Schlüsseltechnologien des BCD-Prozesses
Typische Geräte des BCD-Prozesses sind Niederspannungs-CMOS, Hochspannungs-MOS-Röhren, LDMOS mit verschiedenen Durchbruchspannungen, vertikale NPN/PNP- und Schottky-Dioden usw. Einige Prozesse integrieren auch Geräte wie JFET und EEPROM, was zu einer großen Vielfalt führt Geräte im BCD-Verfahren. Daher muss neben der Berücksichtigung der Kompatibilität von Hochspannungsgeräten und Niederspannungsgeräten, Doppelklickprozessen und CMOS-Prozessen usw. im Design auch eine geeignete Isolationstechnologie berücksichtigt werden.

In der BCD-Isolationstechnologie sind nacheinander viele Technologien wie Sperrschichtisolierung, Selbstisolierung und dielektrische Isolierung entstanden. Die Sperrschichtisolationstechnologie besteht darin, das Gerät auf der N-Typ-Epitaxieschicht des P-Typ-Substrats herzustellen und die Sperrvorspannungseigenschaften des PN-Übergangs zu nutzen, um eine Isolierung zu erreichen, da der PN-Übergang unter Sperrvorspannung einen sehr hohen Widerstand aufweist.

Bei der Selbstisolationstechnologie handelt es sich im Wesentlichen um eine PN-Übergangsisolierung, die auf den natürlichen PN-Übergangseigenschaften zwischen den Source- und Drain-Bereichen des Geräts und dem Substrat beruht, um eine Isolierung zu erreichen. Wenn die MOS-Röhre eingeschaltet ist, sind der Source-Bereich, der Drain-Bereich und der Kanal vom Verarmungsbereich umgeben und bilden so eine Isolierung vom Substrat. Wenn es ausgeschaltet ist, ist der PN-Übergang zwischen dem Drain-Bereich und dem Substrat in Sperrrichtung vorgespannt und die Hochspannung des Source-Bereichs wird durch den Verarmungsbereich isoliert.

Bei der dielektrischen Isolierung werden isolierende Medien wie Siliziumoxid verwendet, um eine Isolierung zu erreichen. Basierend auf der dielektrischen Isolation und der Übergangsisolation wurde eine quasi-dielektrische Isolation entwickelt, indem die Vorteile beider kombiniert wurden. Durch den gezielten Einsatz der oben genannten Isolationstechnologie kann Hochspannungs- und Niederspannungskompatibilität erreicht werden.

Entwicklungsrichtung des BCD-Prozesses
Die Entwicklung der BCD-Prozesstechnologie ähnelt nicht dem Standard-CMOS-Prozess, der stets dem Mooreschen Gesetz folgte und sich in Richtung kleinerer Linienbreite und höherer Geschwindigkeit entwickelte. Der BCD-Prozess wird grob differenziert und in drei Richtungen entwickelt: Hochspannung, hohe Leistung und hohe Dichte.

1. Hochspannungs-BCD-Richtung

Hochspannungs-BCD kann gleichzeitig hochzuverlässige Niederspannungs-Steuerschaltungen und Ultrahochspannungs-DMOS-Level-Schaltungen auf demselben Chip herstellen und die Produktion von 500-700-V-Hochspannungsgeräten realisieren. Im Allgemeinen eignet sich BCD jedoch immer noch für Produkte mit relativ hohen Anforderungen an Leistungsgeräte, insbesondere BJT- oder Hochstrom-DMOS-Geräte, und kann zur Leistungssteuerung in elektronischen Beleuchtungs- und Industrieanwendungen verwendet werden.

Die aktuelle Technologie zur Herstellung von Hochspannungs-BCDs ist die von Appel et al. vorgeschlagene RESURF-Technologie. im Jahr 1979. Das Gerät wird unter Verwendung einer leicht dotierten Epitaxieschicht hergestellt, um die Verteilung des elektrischen Feldes an der Oberfläche flacher zu machen und dadurch die Oberflächendurchschlagseigenschaften zu verbessern, sodass der Durchschlag im Körper statt an der Oberfläche erfolgt, wodurch die Durchbruchspannung des Geräts erhöht wird. Eine weitere Methode zur Erhöhung der Durchbruchspannung von BCD ist die Lichtdotierung. Es verwendet hauptsächlich doppelt diffundierten Drain DDD (Double Doping Drain) und leicht dotierten Drain LDD (lightly Doping Drain). In der DMOS-Drain-Region wird eine N-Typ-Driftregion hinzugefügt, um den ursprünglichen Kontakt zwischen dem N+-Drain und dem P-Typ-Substrat in den Kontakt zwischen dem N-Drain und dem P-Typ-Substrat zu ändern und dadurch die Durchbruchspannung zu erhöhen.

2. Hochleistungs-BCD-Richtung

Der Spannungsbereich von Hochleistungs-BCDs liegt zwischen 40 und 90 V und wird hauptsächlich in der Automobilelektronik verwendet, die hohe Stromtreiberfähigkeit, Mittelspannung und einfache Steuerschaltungen erfordert. Seine Anforderungsmerkmale sind Hochstromantriebsfähigkeit, Mittelspannung und der Steuerkreis ist oft relativ einfach.

3. BCD-Richtung mit hoher Dichte

BCD mit hoher Dichte, der Spannungsbereich beträgt 5–50 V, und einige Automobilelektronik erreicht 70 V. Immer komplexere und vielfältigere Funktionen können auf demselben Chip integriert werden. BCD mit hoher Dichte übernimmt einige modulare Designideen, um eine Produktdiversifizierung zu erreichen, die hauptsächlich in Automobilelektronikanwendungen verwendet wird.

Hauptanwendungen des BCD-Prozesses

Der BCD-Prozess wird häufig in der Energieverwaltung (Strom- und Batteriesteuerung), Display-Ansteuerung, Automobilelektronik, Industriesteuerung usw. eingesetzt. Der Power-Management-Chip (PMIC) ist eine der wichtigsten Arten von analogen Chips. Die Kombination von BCD-Prozess und SOI-Technologie ist auch ein wesentliches Merkmal bei der Entwicklung des BCD-Prozesses.

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