BCDプロセス

BCDプロセスとは何ですか?

BCD プロセスは、ST が 1986 年に初めて導入したシングルチップ統合プロセス テクノロジです。このテクノロジは、同じチップ上にバイポーラ、CMOS、および DMOS デバイスを作成できます。その外観により、チップの面積が大幅に減少します。

BCDプロセスは、バイポーラ駆動能力、CMOSの高集積化・低消費電力、DMOSの高電圧・大電流能力の利点を最大限に活かしていると言えます。中でもDMOSは、消費電力と集積度の向上の鍵となります。集積回路技術のさらなる発展に伴い、BCD プロセスは PMIC の主流の製造技術になりました。

BCDプロセス断面図、ソースネットワーク、ありがとう

BCDプロセスのメリット
BCD プロセスは、バイポーラ デバイス、CMOS デバイス、および DMOS パワー デバイスを同じチップ上に同時に作成し、バイポーラ デバイスの高い相互コンダクタンスと強力な負荷駆動能力、および CMOS の高集積化と低消費電力を統合して、それらを補完することができます。お互いに、それぞれの利点を最大限に発揮します。同時に、DMOS は非常に低い消費電力でスイッチング モードで動作できます。つまり、低消費電力、高エネルギー効率、高集積性が BCD の主な利点の 1 つです。 BCD プロセスは、消費電力を大幅に削減し、システムのパフォーマンスを向上させ、信頼性を向上させることができます。電子製品の機能は日々増加しており、電圧変更、コンデンサ保護、バッテリー寿命延長などの要件がますます重要になっています。 BCD の高速性と省エネ特性は、高性能アナログ/電源管理チップのプロセス要件を満たします。

BCDプロセスのキーテクノロジー
BCD プロセスの代表的なデバイスには、低電圧 CMOS、高電圧 MOS チューブ、さまざまな耐圧の LDMOS、縦型 NPN/PNP、ショットキー ダイオードなどが含まれます。プロセスによっては、JFET や EEPROM などのデバイスも統合されているため、多種多様なデバイスが得られます。 BCD プロセス中のデバイス。そのため、高電圧デバイスと低電圧デバイス、ダブルクリックプロセスとCMOSプロセスなどの互換性を考慮した設計に加え、適切な絶縁技術も考慮する必要があります。

BCD分離技術では、接合分離、自己分離、誘電体分離などの技術が次々と登場しています。接合分離技術は、P 型基板の N 型エピタキシャル層上にデバイスを作成し、PN 接合の逆バイアス特性を利用して分離を実現します。これは、PN 接合が逆バイアス下で非常に高い抵抗を有するためです。

自己分離技術は本質的に PN 接合分離であり、デバイスのソースおよびドレイン領域と基板の間の自然な PN 接合特性に依存して分離を実現します。 MOS チューブがオンになると、ソース領域、ドレイン領域、チャネルが空乏領域に囲まれ、基板から分離されます。オフになると、ドレイン領域と基板間の PN 接合に逆バイアスがかかり、ソース領域の高電圧が空乏領域によって分離されます。

誘電体絶縁では、酸化シリコンなどの絶縁媒体を使用して絶縁を実現します。誘電体絶縁と接合絶縁をベースに、両者の利点を組み合わせた擬似誘電体絶縁が開発されました。上記の絶縁技術を使い分けることにより、高電圧と低電圧の互換性を実現できます。

BCDプロセスの開発方向性
BCD プロセス技術の開発は、常にムーアの法則に従って線幅を小さくし、速度を速くする方向に開発してきた標準的な CMOS プロセスとは異なります。 BCDプロセスは大きく分けて、高電圧、高電力、高密度の3つの方向で開発されています。

1. 高圧BCD方向

高電圧BCDは、信頼性の高い低電圧制御回路と超高電圧DMOSレベルの回路を同一チップ上に同時に製造でき、500～700Vの高電圧デバイスの製造を実現します。ただし、一般に、BCD は依然として、パワー デバイス、特に BJT または高電流 DMOS デバイスに対する比較的高い要件を持つ製品に適しており、電子照明や産業用途の電力制御に使用できます。

高電圧 BCD を製造するための現在の技術は、Appel らによって提案された RESURF 技術です。このデバイスは、表面電界分布をより平坦にするために低濃度にドープされたエピタキシャル層を使用して作成され、それによって表面降伏特性が改善され、降伏が表面ではなく本体内で発生し、それによってデバイスの降伏電圧が増加します。ライトドーピングは、BCD の降伏電圧を高めるもう 1 つの方法です。主に二重拡散ドレイン DDD (Double Doping Drain) と低濃度ドーピングドレイン LDD (Lightly Doping Drain) を使用します。 DMOS ドレイン領域では、N 型ドリフト領域を追加して、本来の N+ ドレインと P 型基板の接触を N- ドレインと P 型基板の接触に変更し、耐圧を高めます。

2. ハイパワーBCD方向

高出力 BCD の電圧範囲は 40 ～ 90 V で、主に高電流駆動能力、中電圧、シンプルな制御回路を必要とする自動車エレクトロニクスに使用されます。その要求特性は、高電流駆動能力、中電圧であり、制御回路は比較的単純なものが多い。

3. 高密度BCD方向

高密度 BCD、電圧範囲は 5 ～ 50 V で、一部の自動車エレクトロニクスは 70 V に達します。ますます複雑で多様な機能を同じチップ上に統合できます。高密度 BCD は、主に自動車エレクトロニクス用途で使用される製品の多様化を実現するために、いくつかのモジュール設計アイデアを採用しています。

BCDプロセスの主な用途

BCD プロセスは、電源管理 (電源およびバッテリー制御)、ディスプレイ駆動、自動車エレクトロニクス、産業用制御などで広く使用されています。電源管理チップ (PMIC) は、アナログ チップの重要なタイプの 1 つです。 BCDプロセスとSOI技術の組み合わせもBCDプロセス開発の大きな特徴です。

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