王晶楠 BCD工艺 介绍 目前最重要的一种单芯片功率集成电路技术是BCD BiCMOS CMOS 工艺 这是一种结合了双极型 CMOS和DMOS的单片IC制造工艺 相对于传统的双极功率工艺 BCD工艺具有明显的优势 由于DMOS和硅栅CMOS兼容 并且具有高效率 低损耗 高强度 无二次击穿 高耐压和高速开关特性 BCD工艺向小尺寸发展 并采用多层金属结构 这使功率器件的导通电阻大幅度降低 从而提高了电流密度和效率 同时增加了CMOS电路的集成度 DMOS DoublediffusionMetal Oxide Semiconductor 双扩散金属氧化物半导体 DMOS管是采用双重扩散工艺 通过横向双重扩散的浓度差形成沟道的一种MOS管结构 有横向和纵向两种DMOS结构 横向DMOS LDNMOS LDPMOS 单端耐压 双端耐压 单端耐压 双端耐压 Lateral 高压横向功率 图1为横向DMOS管示意图 通常 漏极被栅极所包围 漏区的形状为圆形或圆柱形或条形 DMOS管沟道的形成是利用多晶硅栅做自对准 先扩P well作为衬底 再扩N 作为源极 利用两次横向扩散的杂质浓度差 形成沟道 可以严格控制沟道长度低于1um 可得到很高的增益 在沟道和漏极之间有个轻掺杂的漂移区 其杂质浓度低于P阱的浓度 高阻层 多晶硅栅除了覆盖沟道外 还延伸到轻掺杂漂移区上 作为多晶硅场极板 其作用是降低PN结棱角处的电场强度 图1高压LDMOS管示意图 在P 衬底上进行N 外延 严格控制外延层的厚度和浓度 再在N 外延层制作LDMOS器件结构 如图2 这样的结构 削弱了表面电场 击穿电压取决于N 漂移区与P 衬底中空间电荷区的电场强度 击穿机构从表面变成了体内 从而使耐压大大提高 图2有外延层的LDMOS器件结构示意图 BCD工艺流程 图3高压NMOS管的结构图 对于高压NMOS管 P well作为NMOS的沟道区 N well HVNMOS 作为NMOS漏的漂移区 承受耐压场极板都是用多晶硅栅 使其延伸到漂移区 图3所示的高压NMOS管双阱底下没有N型埋层 图4有埋层的高压NMOS管的结构图 这种高压工艺是在P SUB上外延P 层 外延层较薄 器件的隔离是用P阱 实质上还是PN结隔离 无需专门的隔离工艺 图5高压PMOS管的结构图 对于高压PMOS管 N well作为PMOS的沟道区 P welll HVPMOS 作为PMOS漏的漂移区 承受耐压 LDMOS的主要参数 1 高反压 取决于漂移区的掺杂浓度和厚度 PN节的几何形状和其终端结的技术 2 电流容量 选择沟道长度 氧化层厚度 沟道宽度和元胞输 3 导通电阻 取决于元胞数 外延层浓度和厚度及元胞的结构 THANKYOU