Processus BCD

Qu’est-ce que le processus BCD ?

Le processus BCD est une technologie de processus intégré monopuce introduite pour la première fois par ST en 1986. Cette technologie permet de créer des dispositifs bipolaires, CMOS et DMOS sur la même puce. Son aspect réduit considérablement la surface de la puce.

On peut dire que le processus BCD utilise pleinement les avantages de la capacité de pilotage bipolaire, de la haute intégration CMOS et de la faible consommation d'énergie, ainsi que de la haute tension DMOS et de la capacité de flux de courant élevé. Parmi eux, DMOS est la clé pour améliorer la puissance et l’intégration. Avec le développement ultérieur de la technologie des circuits intégrés, le processus BCD est devenu la technologie de fabrication principale du PMIC.

Diagramme transversal du processus BCD, réseau source, merci

Avantages du processus BCD

Le processus BCD permet de créer simultanément des dispositifs bipolaires, des dispositifs CMOS et des dispositifs d'alimentation DMOS sur la même puce, intégrant la transconductance élevée et la forte capacité de pilotage de charge des dispositifs bipolaires ainsi que la haute intégration et la faible consommation d'énergie du CMOS, afin qu'ils puissent compléter les uns les autres et faire jouer pleinement leurs avantages respectifs ; en même temps, DMOS peut fonctionner en mode commutation avec une consommation d'énergie extrêmement faible. En bref, une faible consommation d'énergie, une efficacité énergétique élevée et une intégration élevée sont l'un des principaux avantages du BCD. Le processus BCD peut réduire considérablement la consommation d'énergie, améliorer les performances du système et offrir une meilleure fiabilité. Les fonctions des produits électroniques augmentent de jour en jour et les exigences en matière de changements de tension, de protection des condensateurs et de prolongation de la durée de vie des batteries deviennent de plus en plus importantes. Les caractéristiques de vitesse et d'économie d'énergie du BCD répondent aux exigences des processus pour les puces analogiques/de gestion de l'alimentation hautes performances.

Technologies clés du processus BCD

Les dispositifs typiques du processus BCD comprennent les CMOS basse tension, les tubes MOS haute tension, les LDMOS avec différentes tensions de claquage, les diodes verticales NPN/PNP et Schottky, etc. Certains processus intègrent également des dispositifs tels que JFET et EEPROM, ce qui donne lieu à une grande variété de appareils dans le processus BCD. Par conséquent, en plus de prendre en compte la compatibilité des appareils haute tension et des appareils basse tension, des processus double-clic et des processus CMOS, etc. dans la conception, une technologie d'isolation appropriée doit également être prise en compte.

Dans la technologie d'isolation BCD, de nombreuses technologies telles que l'isolation de jonction, l'auto-isolation et l'isolation diélectrique ont émergé les unes après les autres. La technologie d'isolation de jonction consiste à réaliser le dispositif sur la couche épitaxiale de type N du substrat de type P et à utiliser les caractéristiques de polarisation inverse de la jonction PN pour réaliser l'isolation, car la jonction PN a une résistance très élevée en polarisation inverse.

La technologie d'auto-isolation est essentiellement une isolation de jonction PN, qui repose sur les caractéristiques naturelles de la jonction PN entre les régions source et drain du dispositif et le substrat pour réaliser l'isolation. Lorsque le tube MOS est allumé, la région source, la région drain et le canal sont entourés par la région d'appauvrissement, formant ainsi une isolation par rapport au substrat. Lorsqu'elle est désactivée, la jonction PN entre la région de drain et le substrat est polarisée en inverse et la haute tension de la région source est isolée par la région d'appauvrissement.

L'isolation diélectrique utilise des supports isolants tels que l'oxyde de silicium pour réaliser l'isolation. Basée sur l'isolation diélectrique et l'isolation par jonction, l'isolation quasi-diélectrique a été développée en combinant les avantages des deux. En adoptant sélectivement la technologie d'isolation ci-dessus, une compatibilité haute et basse tension peut être obtenue.

Direction du développement du processus BCD

Le développement de la technologie du processus BCD ne ressemble pas au processus CMOS standard, qui a toujours suivi la loi de Moore pour évoluer dans le sens d'une largeur de ligne plus petite et d'une vitesse plus rapide. Le processus BCD est grossièrement différencié et développé dans trois directions : haute tension, haute puissance et haute densité.

1. Direction BCD haute tension

Le BCD haute tension peut fabriquer simultanément des circuits de contrôle basse tension de haute fiabilité et des circuits de niveau DMOS ultra haute tension sur la même puce, et peut réaliser la production de dispositifs haute tension 500-700 V. Cependant, en général, le BCD convient toujours aux produits ayant des exigences relativement élevées en matière de dispositifs d'alimentation, en particulier les dispositifs BJT ou DMOS à courant élevé, et peut être utilisé pour le contrôle de puissance dans l'éclairage électronique et les applications industrielles.

La technologie actuelle de fabrication de BCD haute tension est la technologie RESURF proposée par Appel et al. en 1979. Le dispositif est fabriqué à l'aide d'une couche épitaxiale légèrement dopée pour rendre la répartition du champ électrique de surface plus plate, améliorant ainsi les caractéristiques de claquage de surface, de sorte que le claquage se produise dans le corps plutôt que dans la surface, augmentant ainsi la tension de claquage du dispositif. Le dopage léger est une autre méthode pour augmenter la tension de claquage du BCD. Il utilise principalement du double drain diffusé DDD (double Doping Drain) et du drain légèrement dopé LDD (lightly Doping Drain). Dans la région de drain DMOS, une région de dérive de type N est ajoutée pour modifier le contact d'origine entre le drain N+ et le substrat de type P en contact entre le drain N- et le substrat de type P, augmentant ainsi la tension de claquage.

2. Direction BCD haute puissance

La plage de tension du BCD haute puissance est de 40 à 90 V et il est principalement utilisé dans l'électronique automobile qui nécessite une capacité de commande de courant élevé, une moyenne tension et des circuits de commande simples. Ses caractéristiques de demande sont une capacité de commande de courant élevé, une moyenne tension et le circuit de commande est souvent relativement simple.

3. Direction BCD haute densité

BCD haute densité, la plage de tension est de 5 à 50 V et certains appareils électroniques automobiles atteindront 70 V. Des fonctions de plus en plus complexes et diverses peuvent être intégrées sur la même puce. Le BCD haute densité adopte certaines idées de conception modulaire pour parvenir à une diversification des produits, principalement utilisés dans les applications électroniques automobiles.

Principales applications du procédé BCD

Le processus BCD est largement utilisé dans la gestion de l'alimentation (contrôle de l'alimentation et de la batterie), les commandes d'affichage, l'électronique automobile, le contrôle industriel, etc. La puce de gestion de l'alimentation (PMIC) est l'un des types importants de puces analogiques. La combinaison du procédé BCD et de la technologie SOI constitue également une caractéristique majeure du développement du procédé BCD.

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