BCD工艺技术课件.ppt

1、王晶楠王晶楠-介绍 目前最重要的一种单芯片功率集成电路技术是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、工艺。这是一种结合了双极型、CMOS和和DMOS的单片的单片IC制造工艺。相对于传统的双极功率工艺，制造工艺。相对于传统的双极功率工艺，BCD工工艺具有明显的优势。由于艺具有明显的优势。由于DMOS和硅栅和硅栅CMOS兼容，并且具有高效兼容，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。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。这使功率器工艺向小尺寸发展

2、，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，同时增加了了CMOS电路的集成度。电路的集成度。-DMOS（Doublediffusion Metal-Oxide-Semiconductor）双扩散金属氧化物半导体。）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双重扩散的浓度差形成沟道的一种MOS管结构，管结构，有横向和纵向两种有横向和纵向两种DMOS结构。结构。-横向横向DMOSLDNMOSLDPMOS单端耐压单端耐压双端耐

3、压双端耐压单端耐压单端耐压双端耐压双端耐压(Lateral)高压横向功率-图图1为横向为横向DMOS管示意图，通常，漏极管示意图，通常，漏极被栅极所包围，漏区的形状为圆形或圆被栅极所包围，漏区的形状为圆形或圆柱形或条形。柱形或条形。DMOS管沟道的形成是利用多晶硅栅做管沟道的形成是利用多晶硅栅做自对准，先扩自对准，先扩P-well作为衬底，再扩作为衬底，再扩N+作为源极，利用两次横向扩散的杂质浓作为源极，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差，形成沟道。可以严格控制沟道长度低于度低于1um（可得到很高的增益）。（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，在

4、沟道和漏极之间有个轻掺杂的漂移区，其杂质浓度低于其杂质浓度低于P阱的浓度（高阻层）。阱的浓度（高阻层）。多晶硅栅除了覆盖沟道外，还延伸到轻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，其掺杂漂移区上，作为多晶硅场极板，其作用是降低作用是降低PN结棱角处的电场强度。结棱角处的电场强度。图图1 高压高压LDMOS管示意图管示意图-在在P-衬底上进行衬底上进行N-外延，严格外延，严格控制外延层的厚度和浓度，再在控制外延层的厚度和浓度，再在N-外延层制作外延层制作LDMOS器件结构，如器件结构，如图图2。这样的结构，削弱了表面电场，这样的结构，削弱了表面电场，击穿电压取决于击穿电压

5、取决于N-漂移区与漂移区与P-衬底衬底中空间电荷区的电场强度，击穿中空间电荷区的电场强度，击穿机构从表面变成了体内，从而使机构从表面变成了体内，从而使耐压大大提高。耐压大大提高。图图2 有外延层的有外延层的LDMOS器件结构示意图器件结构示意图-BCD工艺流程工艺流程-图图3 高压高压NMOS管的结构图管的结构图对于高压对于高压NMOS管，管，P-well作为作为NMOS的沟道的沟道区，区，N-well（HVNMOS）作为作为NMOS漏的漂移区，漏的漂移区，承受耐压场极板都是用承受耐压场极板都是用多晶硅栅，使其延伸到多晶硅栅，使其延伸到漂移区。图漂移区。图3 所示的高所示的高压压NMOS管双阱

6、底下没管双阱底下没有有N型埋层。型埋层。-图图4 有埋层的高压有埋层的高压NMOS管的结构图管的结构图 这种高压工艺是这种高压工艺是在在P-SUB上外延上外延P-层，外延层较薄。层，外延层较薄。器件的隔离是用器件的隔离是用P阱，阱，实质上还是实质上还是PN结隔结隔离，无需专门的隔离，无需专门的隔离工艺离工艺。-图图5 高压高压PMOS管的结构图管的结构图对于高压对于高压PMOS管管,N-well作为作为PMOS的沟道的沟道区区,P-welll(HVPMOS)作作为为PMOS漏的漂移区，漏的漂移区，承受耐压。承受耐压。-LDMOS的主要参数：的主要参数：1）高反压高反压取决于漂移区的掺杂浓度和厚度、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。节的几何形状和其终端结的技术。2）电流容量电流容量选择沟道长度、氧化层厚度、沟道选择沟道长度、氧化层厚度、沟道宽度和元胞输。宽度和元胞输。3）导通电阻导通电阻取决于元胞数、外延层浓度和厚度取决于元胞数、外延层浓度和厚度及元胞的结构。及元胞的结构。-THANK YOU-