processus BCD

Qu'est-ce que le processus BCD ?

Le procédé BCD est une technologie de traitement intégré monopuce introduite par ST en 1986. Cette technologie permet de fabriquer des composants bipolaires, CMOS et DMOS sur une même puce. Son aspect réduit considérablement la surface de la puce.

On peut affirmer que le procédé BCD exploite pleinement les avantages de la commande bipolaire, de la haute intégration et de la faible consommation d'énergie du CMOS, ainsi que de la haute tension et de la capacité de flux de courant élevée du DMOS. Parmi ces avantages, le DMOS est essentiel pour améliorer la puissance et l'intégration. Avec le développement de la technologie des circuits intégrés, le procédé BCD est devenu la principale technologie de fabrication des PMIC.

Diagramme en coupe transversale du processus BCD, réseau source, merci

Avantages du procédé BCD

Le procédé BCD permet de réaliser simultanément des dispositifs bipolaires, des dispositifs CMOS et des dispositifs de puissance DMOS sur une même puce. Il allie la transconductance élevée et la forte capacité de charge des dispositifs bipolaires à la forte intégration et à la faible consommation d'énergie du CMOS. Ces dispositifs se complètent ainsi et exploitent pleinement leurs avantages respectifs. Parallèlement, le DMOS peut fonctionner en mode commutation avec une consommation d'énergie extrêmement faible. En résumé, la faible consommation d'énergie, l'efficacité énergétique élevée et la forte intégration constituent les principaux avantages du procédé BCD. Ce procédé permet de réduire considérablement la consommation d'énergie, d'améliorer les performances du système et d'accroître sa fiabilité. Les fonctionnalités des produits électroniques augmentent de jour en jour, et les exigences en matière de variations de tension, de protection des condensateurs et de prolongation de la durée de vie des batteries deviennent de plus en plus importantes. Les caractéristiques de vitesse et d'économie d'énergie du procédé BCD répondent aux exigences des puces analogiques et de gestion d'énergie hautes performances.

Technologies clés du procédé BCD

Les composants typiques du procédé BCD comprennent les CMOS basse tension, les tubes MOS haute tension, les LDMOS à différentes tensions de claquage, les diodes NPN/PNP verticales et les diodes Schottky, etc. Certains procédés intègrent également des composants tels que les JFET et les EEPROM, ce qui permet d'obtenir une grande variété de composants en procédé BCD. Par conséquent, outre la compatibilité des composants haute tension et basse tension, des procédés double-clic et des procédés CMOS, il est essentiel de prendre en compte, lors de la conception, une technologie d'isolation appropriée.

Dans la technologie d'isolation BCD, de nombreuses technologies, telles que l'isolation par jonction, l'auto-isolation et l'isolation diélectrique, ont émergé successivement. La technologie d'isolation par jonction consiste à fabriquer le dispositif sur la couche épitaxiale de type N du substrat de type P et à exploiter les caractéristiques de polarisation inverse de la jonction PN pour obtenir l'isolation, car cette dernière présente une résistance très élevée en polarisation inverse.

La technologie d'auto-isolation repose essentiellement sur l'isolation par jonction PN, qui s'appuie sur les caractéristiques naturelles de la jonction PN entre les régions source et drain du composant et le substrat pour assurer l'isolation. Lorsque le tube MOS est activé, les régions source, drain et canal sont entourés par la région d'appauvrissement, formant ainsi une isolation par rapport au substrat. Lorsqu'il est désactivé, la jonction PN entre la région drain et le substrat est polarisée en inverse, et la haute tension de la région source est isolée par la région d'appauvrissement.

L'isolation diélectrique utilise un matériau isolant tel que l'oxyde de silicium. Basée sur l'isolation diélectrique et l'isolation par jonction, l'isolation quasi-diélectrique a été développée en combinant les avantages des deux. L'adoption sélective de cette technologie d'isolation permet d'obtenir une compatibilité haute et basse tension.

Orientation du développement du processus BCD

Le développement de la technologie BCD diffère de celui du procédé CMOS standard, qui a toujours suivi la loi de Moore pour évoluer vers une largeur de ligne plus petite et une vitesse plus élevée. Le procédé BCD se distingue grossièrement et se développe dans trois directions : haute tension, haute puissance et haute densité.

1. Direction BCD haute tension

Le BCD haute tension permet de fabriquer simultanément des circuits de commande basse tension haute fiabilité et des circuits DMOS ultra-haute tension sur la même puce, et de produire des dispositifs haute tension de 500 à 700 V. Cependant, en général, le BCD reste adapté aux produits nécessitant des puissances relativement élevées, notamment les transistors bipolaires à effet de champ (BJT) ou les DMOS à courant élevé, et peut être utilisé pour le contrôle de puissance dans l'éclairage électronique et les applications industrielles.

La technologie actuelle de fabrication de BCD haute tension est la technologie RESURF, proposée par Appel et al. en 1979. Le dispositif est fabriqué à l'aide d'une couche épitaxiale légèrement dopée pour aplatir la distribution du champ électrique en surface, améliorant ainsi les caractéristiques de claquage de surface. Le claquage se produit alors dans le corps plutôt qu'en surface, augmentant ainsi la tension de claquage du dispositif. Le dopage léger est une autre méthode permettant d'augmenter la tension de claquage du BCD. Il utilise principalement un drain à double diffusion DDD (double dopage) et un drain légèrement dopé LDD (légèrement dopé). Dans la région de drain DMOS, une région de dérive de type N est ajoutée pour remplacer le contact initial entre le drain N+ et le substrat de type P par un contact entre le drain N- et le substrat de type P, augmentant ainsi la tension de claquage.

2. Direction BCD haute puissance

La plage de tension du BCD haute puissance est de 40 à 90 V. Il est principalement utilisé dans l'électronique automobile, qui requiert une capacité de commande à courant élevé, une moyenne tension et des circuits de commande simples. Ses caractéristiques d'exigence sont une capacité de commande à courant élevé, une moyenne tension et un circuit de commande souvent relativement simple.

3. Direction BCD haute densité

BCD haute densité, plage de tension de 5 à 50 V, pouvant atteindre 70 V pour certains composants électroniques automobiles. Des fonctions de plus en plus complexes et diversifiées peuvent être intégrées sur une même puce. Le BCD haute densité adopte une conception modulaire pour diversifier les produits, principalement utilisés dans les applications électroniques automobiles.

Principales applications du procédé BCD

Le procédé BCD est largement utilisé dans la gestion de l'énergie (contrôle de l'alimentation et de la batterie), la commande d'affichage, l'électronique automobile, le contrôle industriel, etc. Les puces de gestion de l'énergie (PMIC) sont l'un des principaux types de puces analogiques. L'association du procédé BCD et de la technologie SOI est également une caractéristique majeure du développement du procédé BCD.

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