BCD工艺缘何入选IEEE里程碑奖

2021 年 5 月 18 日， IEEE 给 BCD 工艺开创者意法半导体（ STM ）颁发 IEEE 里程碑奖（ IEEE Milestone ），旨在表彰意法半导体在超级集成硅栅半导体工艺技术方面的开创性研究成果。

该牌匾将放置在意法半导体在意大利米兰市近郊曾经承担 BCD 开发工作的 Agrate 工厂 Castelletto 工厂的大门口。牌匾上写着：

IEEE 里程碑

单片多硅技术 Multiple Silicon Technologies on a Chip ， 1985 年

SGS （现为意法半导体）率先采用单片集成 Bipolar - CMOS - DMOS 器件（ BCD ） 的超级集成硅栅极工艺，解决复杂的、大功率需求的应用设计难题。首个 BCD 超级集成电路 L6202 可以控制最高 60V / 5A 的功率，开关频率 300kHz 。随后的汽车、计算机和工业自动化广泛采用了这项工艺技术，让芯片设计人员能够灵活、可靠地单片集成功率、模拟和数字信号处理电路。

SGS(now STMicroelectronics) pioneered the super-integrated silicon-gate process combining Bipolar, CMOS, and DMOS (BCD) transistors in single chips for complex, power-demanding applications. The first BCD super-integrated circuit, named L6202, was capable of controlling up to 60V-5A at 300 kHz. Subsequent automotive, computer, and industrial applications extensively adopted this process technology, which enabled chip designers flexibly and reliably to combine power, analog, and digital signal processing.

IEEE 里程碑奖充分肯定了 BCD 技术的历史贡献，对单片集成大功率器件、精确模拟功能和复杂数字逻辑控制的开创性研究成果表示高度认可（ IEEE Milestone plaque recognizes the pioneering work that enabled engineers to combine high-power components, precise analog functions, and the complex digital logic to control them onto a single piece of silicon, a capability that has now been sold in 40 billion chips ）。

什么是 BCD ？

BCD （ Bipolar-CMOS-DMOS ）技术是一种单片集成工艺技术，能够在同一芯片上制作 Bipolar 、 CMOS 和 DMOS 器件， 1985 年由意法半导体率先研制成功。随着集成电路工艺的进一步发展， BCD 工艺已经成为 PIC 的主流制造技术。

图片来自ST官网

1950 年代出现了适合生产模拟功能器件的双极（ Bipolar ）工艺，双极器件一般用于功率稍大的电路中，具有截止频率高、驱动能力大、速度快、噪声低等优点，但其集成度低、体积大、功耗大。 1960 年代，出现了适合生产数字功能电路的 CMOS （互补金属氧化物半导体）工艺， CMOS 器件具有集成度高、功耗低、输入阻抗高等优点，驱动逻辑门能力比其他器件强很多，也弥补了双极器件的缺点。 1970 年代，出现了适合生产功率器件的 DMOS （双扩散金属氧化物半导体）工艺， DMOS 功率器件具有高压、大电流的特点。

BCD 工艺把 Bipolar 器件 、 CMOS 器件 、 DMOS 功率器件同时制作在同一芯片上 ，综合了 双极器件高跨导、强负载驱动能力和 CMOS 集成度高、低功耗的优点，使其互相取长补短，发挥各自的优点 ；同时 DMOS 可以在开关模式下工作，功耗极低。不需要昂贵的封装和冷却系统就可以将大功率传递给负载。低功耗是 BCD 工艺的一个主要优点之一。 BCD 工艺可大幅降低功率耗损，提高系统性能，节省电路的封装费用，并具有更好的可靠性。

经过 35 年的发展， BCD 工艺已经从第一代的 4 微米发展到了第九代的 0.11 微米，线宽尺寸不断减小的同时，也采用了更加先进的多层金属布线系统，使得 BCD 工艺与纯 CMOS 工艺发展差距缩小，目前的 BCD 工艺中的 CMOS 与纯 CMOS 可完全兼容。另一方面， BCD 工艺向着标准化模块化发展，其基本工序标准化，混合工艺则由这些基本工序组合而成，设计人员可以根据各自的需要增减相应的工艺步骤。

BCD 首创者 - 意法半导体

1987 年 6 月，意大利 SGS 微电子（ SGS Microelettronica ，始于 1957 年）和法国汤姆森半导体（ Thomson Semiconducteurs ，始于 1962 年）合并成立了意法半导体（ SGS-Thomson Microelectronics ）， 1998 年 5 月英文名称更名为 STMicroelectronics 。

1980 年代初期，当时的 SGS 微电子（ SGS Microelettronica ）的工程师为了解决各种电子应用问题，提出了一个革命性的构想：

1 ）创造一种将晶体管和二极管集成在一颗芯片上的技术，并能够提供数百瓦功率；

2 ）用逻辑控制功率，实现方式需要遵循摩尔定律；

3 ）最大限度地降低功耗，从而消除散热器；

4 ）支持精确的模拟功能；

5 ）以可靠的实现方式满足广泛的应用需求。

1984 年 SGS 的工程师成功将 Bipolar/CMOS/DMOS/Diodes 通过硅栅集成在一起。 BCD 首个器件是 L6202 电动机全桥驱动器，采用 4 微米技术， 12 层光罩，工作电压 60V ，电流 1.5A ，开关频率 300kHz ，达到所有设计目标。这个新的可靠工艺技术让芯片设计人员能够在单个芯片上灵活地集成功率、模拟和数字信号处理电路。

图片来自ST官网

经过 35 年的发展，意法半导体开发了一系列对全球功率 IC 影响深远的 BCD 工艺，如 BCD3 （ 1.2 微米）、 BCD4 （ 0.8 微米）、 BCD5 （ 0.6 微米）。

意法半导体目前提供三种主要的 BCD 技术， 包括 BCD6 （ 0.3 5 微米） / BCD6 s （ 0.32 微米） 、 BCD8 （ 0.18 微米） / BCD8 s （ 0.16 微米 和 BCD9 （ 0.13 微米） / BCD9 s （ 0.11 微米），其第十代 BCD 工艺将采用 90 纳米。

BCD6 和 BCD8 还提供 SOI 工艺选项。

据悉，意法半导体从 1985 年 BCD 推出工艺，至今已经过去 35 年并经历了九次技术迭代，产出 500 万片晶圆，售出 400 亿颗芯片，仅 2020 年就售出近 30 亿颗芯片，第十代 BCD 技术即将开始投产。

国内各晶圆制造公司 BCD 工艺情况

华虹半导体

华虹半导体基于成熟的 CMOS 工艺平台，目前提供的 BCD 工艺平台电压涵盖 1.8V 到 700V ，工艺节点涵盖 90 纳米 /0.13 微米 /0.18 微米 /0.35 微米 /0.5 微米 /0.8 微米 /1.0 微米，在 0.5 微米、 0.35 微米、 0.18 微米节点上积累了丰富的量产经验。未来，华虹半导体将继续发挥在 BCD 和 eNVM 特色工艺上的技术优势，提供二者的集成方案，为智能化电源产品，打造高端电源管理系统级芯片 (SoC) 。

2007 年华虹半导体推出 BCD350 工艺平台（ 0.35 微米）； 2009 年推出非外延 PMU350 工艺平台； 2010 年推出 BCD180 工艺平台（ 0.18 微米）； 2013 年 700V BCD 工艺平台； 2018 年第二代 BCD180 工艺平台推出； 2020 年 5 月 90 纳米 BCD 工艺平台在华虹无锡 12 英寸生产线顺利实现产品投片，其 LDMOS 涵盖 5V 至 24V 电压段，也为未来 65/55 纳米的 12 英寸工艺技术的研发与市场拓展打开了空间。

华虹半导体还将持续 8 英寸生产线的研发创新，优化升级现有满足车规要求的 180 纳米 BCD 技术，在相同的击穿电压下，导通电阻平均降低约 25% ，技术性能显著提升，达到业界先进水平，未来 180 纳米 BCD 技术中的 LDMOS 的最高电压由 40V 扩展至 100V 。

华润微