TechInsights自2000年以來一直在關注意法半導體(STMicroelectronics;ST)的「雙極-互補金屬氧化半導體-雙重擴散金屬氧化半導體」(Bipolar-CMOS-DMOS;BCD)技術進展。在2000年時,TechInsights還曾經拆解一款1999年的0.8μm BCD元件,並執行結構化與電氣特性的分析。

BCD技術在單一晶片上整合了CMOS邏輯、DMOS、橫向擴散MOS電晶體(LDMOS)和雙極電晶體。DMOS和LDMOS電晶體通常用於製作高壓或更高功率輸出的驅動器電晶體,而雙極電晶體則提供類比功能。

意法半導體是BCD技術的市場領導者之一,聲稱在1980年代中期就發明了這項技術。但其他供應商也提供這項技術,包括德州儀器(Texas Instruments;TI)、英飛凌(Infineon)、愛特梅爾(Atmel)、Maxim,以及像台積電(TSMC)等主要的代工廠商。

意法半導體目前提供三種主要的BCD技術,對應0.32μm、0.16μm和0.11μm技術分別表示為BCD6、BCD8和BCD9。此外,該公司宣稱目前正在開發90奈米(nm)的BCD10技術。

最近,TechInsights購買了一款支援I2C診斷、數位阻抗計和低電壓操作功能的意法半導體FDA801B-VYY 4x50W D類(class-D)數位輸入功率放大器樣本(如下圖所示)。它採用了最新的BCD9s技術製造,並搭配有類比、邏輯和LDMOS功率電晶體區塊(block)。

在2015年,意法半導體曾經宣佈BCD9s技術將會是其BCD9 0.13μm製程技術的第二代。根據TechInsights的初步分析發現了幾項關鍵的新功能,包括增加了一個厚頂的重佈線層(RDL)。在該邏輯電晶體上觀察到的最小接觸閘極間距為0.6μm,顯示它採用的是0.13μm製程,而非意法半導體宣稱為BCD9s採用的0.11μ製程。

該技術目前整合了三種隔離類型:深溝槽隔離(DTI),用於隔離各種不同的電路區塊;CMOS邏輯採用淺溝槽隔離(STI);而LDMOS功率電晶體區塊則使用矽上局部氧化(LOCOS)隔離。這是TechInsights第一次看到在單一晶片上整合了所有的三種隔離類型。

先前的0.13μm BCD9製程於2015年上市。該技術具有銅金屬化特性,整合了現在廣泛的BCD特性陣列,包括N型和P型LDMOS電晶體、金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器、6T-SRAM和雙極電晶體。

而在BCD9世代之前,意法半導體於2011年左右發佈的是BCD8技術。它具有0.18μm CMOS閘極和4層化學機械研磨(CMP)的平面化鋁金屬,加上2層含矽化鈷的多晶矽,以及淺溝槽隔離(STI)。此外,還發現了N型和P型LDMOS電晶體,加上雙極電晶體、多晶矽-絕緣層-多晶矽(PIP)電容器和6T-SRAM記憶體。

BCD技術持續成為電力電子市場空間中積極創新的領域。相較於先進的CMOS——挑戰在於將最大數量的MOS電晶體整合至特定區域,BCD技術是由整合各種不同主動元件於單晶片的需求而驅動的。這需要仔細地均衡每種元件類型的不同工程需求。

ST BCD teardown 意法半導體的FDA801B-VYY製程擴散圖(來源:TechInsights)

編譯:Susan Hong

(參考原文:STM’s Latest BCD Node Examined,by Sinjin Dixon-Warren, TechInsights)