STMicroelectronics BCD技术的演变

发布时间：2019年1月22日
特约作者:Sinjin Dixon-Warren博士

TechInsights对本篇文章中引用的STMicroelectronics BCD9S的全部分析包括在我们的新功率半导体订阅中，它在电力半导体市场中解决了新技术，包括GaN，SiC，Si MOSFET和IGBT器件。

TechInsights一直在2000年开始于2000年开始的STMicroelectronics Bipolar-CMOS-DMOS（BCD）技术的演变，从2000年进行了一个1999掩模日期的0.8μmBCD装置[1]．几年后，2004年，我们分析了STMicroelectronics L6262S（VCM /电机控制器）BCD集成电路，其具有1998掩模日和0.9μm的栅极长度[2]。L6262S，如图1所示，沿着模具边缘的DMOS晶体管的特色块。

BCD技术将CMOS逻辑，双扩散MOS晶体管（DMOS），横向扩散MOS晶体管（LDMOS）和双极晶体管集成到单个硅模具中。DMOS和LDMOS晶体管通常用于创建高电压或更高功率输出驱动器晶体管，而双极晶体管提供模拟功能。STMicroelectronics是BCD技术的市场领导者，他们声称在20世纪80年代中期发明[3]。该技术也由其他供应商提供，包括德州仪器，英飞凌，Atmel，Maxim以及TSMC等主要铸造厂。TechInsights有关于许多竞争技术的报道。图2示出了在STMicroelectronics L6262S模具上发现的DMOS晶体管的横截面。

意法半导体目前主要提供三种BCD技术，分别为BCD6、BCD8和BCD9，分别对应0.32µm、0.16µm和0.11µm技术，如图3所示。他们声称有90纳米BCD10技术正在开发[4]。他们定期在国际功率半导体器件研讨会(ISPSD)上发表关于这些技术的论文。TechInsights有关于这些意法半导体BCD技术的各种具体版本的报告[1,2,5,6,7,8,9]

最近，TechInsights采购STMicroelectronics FDA801B-Vyy 4x50 W类D数字输入功率放大器的样品，具有I2C诊断，数字阻抗计和低电压操作[10]，其与新的BCD9S技术进行制造[11]。FDA801B-Vyy BCD9S模具的照片伪造于扩散，如图4所示。模拟，逻辑和LDMOS功率晶体管的模具功能块。我们完成了一些初步分析，并与我们对STMicroelectronics BCD技术的分析进行了比较了我们的调查结果。

表1介绍了TechInsights Process Analysis Sections的摘要，该系列不同的STMicroelectronics BCD技术。与地区的半导体行业并行，趋势已经朝向较小的特征尺寸，从2000年生产的BCD技术开始为大约1μm。这些早期技术特征在于DMOS晶体管。

BCD6技术在2006年的大约2006年发布，并通过化学机械抛光（CMP）具有三层铝金属的0.35μmCMOS栅极。图5示出了STMicroelectronics ST1S03 BCD6模具的照片。在模具上找到一个大的DMOS开关晶体管。发现了LDMOS晶体管和NPN双极晶体管，并使用硅（LocOS）隔离的局部氧化。图6示出了在ST1S03 BCD6模具上发现的典型LDMOS晶体管的横截面。LDMOS晶体管的关键特性是存在隔离和晶体管栅极和漏极接触之间的漂移区域。栅极延伸在隔离上。这些特征允许LDMOS晶体管支持源之间的较高电压偏压，该源极在接地和漏极之间。通常，掺杂漂移区域在栅极下方延伸，导致晶体管通道短于物理栅极长度。与标准CMOS技术相比，LDMOS晶体管是挑战设计和制造的若干额外的掩模和植入物。

BCD8技术最早发布于2011年左右。它的特点是0.18 μ m CMOS门和四层CMP平面化铝金属，加上两层含有钴硅化物的多晶硅和浅沟槽隔离(STI)。N型和p型LDMOS晶体管，外加双极晶体管、多聚电容器和6T-SRAM存储器。图7为STMicroelectronics ST7570 BCD8芯片的照片。右上角是互补的LDMOS晶体管。图8的横截面显示了在ST7570 BCD8芯片上发现的LDMOS晶体管的例子。如图3所示，高压绝缘体上硅(SOI)版本的BCD8技术现在也可用，但TechInsights还没有看到。

0.13 μ m BCD9工艺于2015年上市。该技术的特点是铜金属化，并集成了目前广泛的BCD功能阵列，包括N型和p型LDMOS晶体管，MIM电容器，6T-SRAM和双极晶体管。图9显示了意法半导体FSB2D48 BCD9芯片的照片，而图10显示了在FSB2D48 BCD9芯片上发现的N-LDMOS晶体管布局的示例。

2015年，ST宣布BCD9技术[11]作为其BCD9 0.13 μ m加工技术的第二代。我们的初步分析发现了几个关键的新特性，包括添加了一个厚厚的顶部再分配层(RDL)。观察到的逻辑晶体管的最小接触门距为0.6µm，即0.13µm过程，而不是ST所声称的bcd9的0.11µm过程。该技术现在集成了三种类型的隔离。深沟槽隔离(DTI)用于提供电路各块之间的隔离，CMOS逻辑采用STI和LDMOS功率晶体管块采用LOCOS隔离。这是TechInsights首次看到在一个模具上同时使用三种隔离方式。图11是意法半导体FDA801B-VYY BCD9s工艺模边的横截面图，其中显示了DTI和RDL特性。TechInsights正在计划进一步分析bcd9技术，这将在即将发布的报告中公布。

BCD技术仍然是电力电子市场空间中积极创新的领域。与先进的CMO不同，在挑战周围围绕最大MOS晶体管的集成到给定区域，因此，BCD技术的无情驱动器通过将各种不同的有源器件集成到a上的需要将各种不同的有源器件集成到A上单芯。这需要仔细平衡各个设备类型的不同工程需求。

表1 - STMicroelectRonic BCD技术过程摘要

1. 一种意法半导体微控制器的BCD晶体管(双极、CMOS、DMOS)结构分析，报告编号:0500-4376-FS43, TechInsights, 2000年5月26日。
2. 意法半导体L6262S BCD-MOS IC工艺综述，PPR-0408-008, TechInsights, 2004年8月31日。
3. http://cmp.imag.fr/img/pdf/bcd8s-soi_technology_overview-2.pdf.
4. http://www.st.com/content/st_com/en/about/innovation---technology/BCD.html
5. STMicroelectronics ST1S03 BCD6 LDMOS过程评论，PPR-0601-801，TechInsights，2006年1月16日。
6. STMicroelectronics ST7570 180nm BCD8 -过程分析报告，TechInsights, TechInsights, PPR-1101-801, 2011年7月1日。
7. STMicroelectronics ST7570 N-LDMOS和P-LDMOS BCD电学表征报告，TechInsights，CWR-1103-906，2011年3月3日。
8. STMicroelectronics L6390DTR高压高/低侧驱动器BCD离线过程评论，TechInsights，PPR-1301-803，2013年8月1日。
9. STMicroelectronics FSB2D48 BCD9过程审查报告，TechInsights，PPR-1501-801，2015年1月1日
10. http://www.st.com/en/automotive-infotainment-and-telematics/fda801b.html
11. http://www.st.com/content/st_com/en/about/media-center/press-item.html/p3767.html.