BCD集成电路技术的研究与进展.docx

          BCD集成电路技术的研究与进展                    关键字：功率集成电路；兼容技术；终端辅助技术1、前言近年来随着市场对物联网、人工智能、5G网络、高速铁路、新能源等领悟需求的不断增长，推动了微电子技术和电力电子技术的不断发展，其中功率集成电路也得到了一定的进步在功率集成电路中BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）是最为重要的一员，一直受到市场和研究人员的重视为此本文主要是对BCD功率集成电路及其发展历程以及研究领域作了一定的研究和探讨2、BCD功率集成电路简介在功率器件的发展过程中，出现分立功率器件和功率集成器件，其中分立器件是指具有单一功能的单一器件，而PIC功率集成电路是指把耐高压的功率器件、低压的数字逻辑控制器件、以及外围通讯和信号处理电路等集成在一个芯片中的电路，与分立器件相比，PIC在电路性能上有着很大的优势，比如它具有电路的稳定性、高可靠性、低功耗以及可以有效降低成本、体积、重量等优点由于这些突出的优势，PIC当前已被广泛的应用在各类电源管理、消费电子、汽车电子以及通信等领域功率集成电路可以分为HVIC高压功率集成电路和SPIC智能功率集成电路，其中HVIC高压功率集成器件结构是横向水平的，SPIC智能功率集成器件结构是垂直的，但是目前很难通过器件结构和工作电压区分HVIC和SPIC，习惯性称其为功率集成电路或者智能集成电路[1]。

近年来，随着全球能源紧缩与需求的不断增长矛盾日益增长下，以及大家对环境保护意识的增强，市场对高效节能产品的需求愈来愈强烈，BCD工艺因其具有高集成度，不仅可以集成Bipolar、CMOS、DMOS、齐纳二极管以及结场效应管等有源器件，还可以集成电阻和电容等无源器件，可以为集成电源提供一条新的出路，其中电源管理芯片就是采用BCD工艺，并越来越多地应用到市场产品中，同时各个企业也在积极布局BCD工艺平台3、发展历程在当前技术不断更新和市场需求的影响下，在一定程度上推动了功率集成电路的发展，PIC功率集成电路最早出现在20世纪70年代末1980年，C.Cini等人通过努力研究出了可以在过载、过热等方面具有电路保护功能的功率集成电路，其被广泛主要用于电源电路和汽车电子系统[2]然而当时应用的功率集成器件主要是BJT双极型晶体管，这需要大的驱动电流，与此同时驱动和保护电路也很复杂，造成它的应用领域以及研究进展十分有限直到20世纪80年代，功率MOSFET、IGBT绝缘栅双极型晶体管等新型器件相继问世，ST更是在八十年代中期发明了具有划时代意义的BCD功率芯片技术[3]，它完美的集合了BJT的高负载驱动能力、CMOS的低功耗、以及DMOS的耐高压特性等优点，并且相对于双极功率集成电路，BCD可以自由进行更多的选择搭配，在此后不断地开发完善这项技术，现在通过不断的发展，已经形成了一系列具有整合三种不同制造技术的BCD制造工艺，它们除了克服了双极器件的缺点，同时，它们还具有高的输入阻抗、良好的栅控等优越性能，这为PIC带来了进一步的发展机遇。

4、BCD兼容技术功率集成电路虽然具有优越的性能，它集成了三种或多种器件的优点，，其主要功能包括低压控制、功率处理等，使PIC应用到更广泛的领域，但器件种类繁多以及功能的多样化，同样带来了兼容性的问题，如果不能平衡处理兼容性问题，势必影响PIC的性能为可以最大化实现这些功能，有关人员需要及时解决掉PIC中存在的一系列兼容性问题，首先它是高压和低压器件的集成，需要在工艺上必须兼容，同时还必须把成本作为考虑因素，另一方面在设计中要考虑功率器件的面积因素众所周知DMOS和CMOS可以很好的兼容，具有耐高压、低损耗等特性，所以DMOS结构成为功率集成电路的优先选择，使得BCD功率集成电路成为主要技术平台，另一方面BCD工艺本身可以结合隔离技术实现器件之间的兼容，通过终端辅助技术等更好的解决不同功能电路之间的兼容4.1 隔离工艺技术一般而言，隔离技术包括PN结隔离、深槽隔离以及全介质隔离，其中PN结隔离是指器件之间通过形成PN离子注入以及高温离子推进形成PN结，它的工艺简单，很早在很多双极型集成电路中已经使用；深槽隔离是指在不同器件之间通过刻蚀定义出隔离沟槽，然后填充二氧化硅等介质层，沟槽隔离具有好的隔离效果，器件具有更好的击穿特性；全介质隔离是指采用键合SOI材料，通过刻蚀深槽定义出器件之间的隔离，由于埋层氧化层的结构，使得器件之间的漏电流以及器件之间的寄生效应减小，已经被广泛应用在显示驱动和马达驱动等领域，这将使高低电压器件完美集成到同一芯片中，并能充分发挥其各自的优势，高低压器件之间的隔离显得格外重要。

4.2 终端辅助技术终端辅助技术对高压器件至关重要，尤其对于功率集成电路中不同高压器件的集合需求，主要因为硅表面曲率半径对PN结会产生比较大的影响，进而产生高的局部峰值电场，造成局部区域发生击穿，这将严重影响器件的击穿特性，另外一方面PN结不同掺杂分布也会影响耗尽层的分布，进而改变局部电场分布，影响器件的性能为可以有效的确保PN结电场的分布或尽可能地均匀化，必须采用一些特殊的结构Resurf技术对高压横向功率器件至关重要，习惯性称之为降低表面电场技术或电场缓冲技术它通过控制外延层的总电荷来控制漏端漂移区域耗尽层的扩散，从而达到改变电场分布，避免电场局部集中的目的，从而提高器件的击穿电压使用Resurf技术可以显著提高功率器件的性能，例如高压横向LDMOS和LIGBT均采用了终端辅助这项技术另外场限环以及场板终端技术的发展也为BCD的广泛应用做了很大贡献，场限环是指在衬底和主要PN结之间加上反向的电压，随着电压的不断增加，主要PN结的耗尽区域延展到场限环上面，这样可以实现击穿电压一部分由场限环承担，从而提高BCD中DMOS的耐压性能；场板技术则是通过在栅极和漏极之间生长致密氧化物层，它主要实现了改善表面电场分布，使靠近漏端一侧的栅极电场由场板承担并且电场分布均匀，进而提高BCD中DMOS的击穿特性。

5、结束语：由上可知，功率集成电路当前已被广泛的应用，但随着其不断发展的同时，也使得人们对其电路性能的要求也随之而提升，在发展过程中还存在一些问题，为此有关人员需要不断探索和研究出新的技术，解决其中存在的问题，才能够为功率集成电路的发展奠定良好的基础参考文献：[1] B.J.Baliga. An overview of smart power technology. Electron Devices, IEEE Transactions vol.38 PP: 1568-1575 1991.[2] C.Cini, S.Palara, and G.Seragnoli. A New Chip and a New Package for Higher Power[J]. Consumer Electronics, IEEE Transactions vol. CE-26,PP.54-72 1980.[3] 陈志勇,黄其煜,龚大卫. BCD工艺概述 [J], 31(9):641-644 2006.  -全文完-。