模拟芯片常用的BCD工艺国内外差距有多大？

在<电子发烧友>9月20日举行的“浣沙淘金，模拟论芯”2019年中国模拟半导体大会上，帝奥微电子产品事业部总监庄华龙分享了主题为《智能互联的差异化解决方案》的演讲。在演讲中，他指出，模拟芯片设计的根基在于工艺。在集成电路领域，常常需要用到各种各样的工艺和器件配合，想要做出好的产品，就需要选择最合适的工艺平台和器件。

图1：帝奥微电子产品事业部总监庄华龙在发表演讲。

目前最重要，应用也最广泛的模拟工艺技术非BCD工艺莫属。它是一种单芯片集成工艺技术，1986年由意法半导体（ST）公司率先研制成功。

BCD工艺的特点是将硅平面工艺用到功率集成上，是一种可以将双极、CMOS和DMOS器件同时集成到单芯片上的技术。在功率应用领域，与传统的双极功率工艺相比，BCD工艺具有显著的优势，最基本的优势就是使得电路设计者可以在高精度模拟的双极器件，高集成度的CMOS器件和作为功率输出级的DMOS器件之间自由选择。由于DMOS具有高效率（低损耗）、高强度（无二次击穿）、耐高压和固有的源漏二极管的存在（作用类似续流二极管）和高速的开关特性，因此，DMOS特别适合作为功率开关器件，而且其制造工艺可以和硅栅CMOS制造工艺兼容，从而有利于功率集成。整合好的BCD工艺可大幅降低功耗，提高系统性能，增加可靠性和降低成本。

经过三十多年的发展，BCD工艺技术已经取得了很大进步，从第一代的4微米BCD工艺发展到了第六代的0.13微米BCD工艺，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；另一方面，BCD工艺想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。目前的BCD工艺中的CMOS与纯CMOS可完全兼容。

总的来说，今后的BCD工艺主要向着高压、高功率和高密度三个方向发展，同时提高与CMOS工艺的工艺兼容性。在庄华龙看来，目前BCD工艺技术水平最好的基本都是欧美公司，而且主要以设计、工艺制造为一体的IDM模式为主，其次为日本、韩国，中国台湾和大陆的代工企业。

主要的厂商包括：

美国：德州仪器（TI）、亚德诺半导体（ADI）、安森美（ON Semi+Fairchild）等；

欧洲：意法半导体（ST）、恩智浦（NXP）等；

日本：东芝等；

韩国：东部高科（DBH）和海力士等；

中国台湾：台积电（TSMC）、联华电子（UMC）等；

中国大陆：中芯国际（SMIC）、华润上华（CSMC）、和舰（HJTC）、华虹宏力（HHNEC），以及积塔半导体等。

图2：全球各地区的BCD工艺发展趋势图。

庄华龙指出，在非IDM的晶圆代工企业中，中国台湾的台积电和东部高科属于BCD工艺的第一梯队领跑者，他们与欧美IDM企业之间的差距已经很小，甚至在某些方面更加优秀；而中国大陆的BCD工艺技术与他们仍然有着一代工艺（3~5年）的差距。

就目前来说，市场上对模拟器件的要求越来越高，主要有以下几个方面：

首先是低功耗，设备的续航能力与模拟器件的功耗直接相关，因此我们需要更低功耗的模拟器件；

二是高速，随着数据传输量的增加，需要模拟器件支持更高的带宽，来切换各种功能；

三是高集成度，功能的增加就意味着器件数量的增加，或单器件的面积增加，要保持现有设备的体积不变甚至更小，需要器件的集成度越来越高；

四是核心部件开拓，我们需要研发性能指标更高，更核心器件来提高国产器件的国际竞争力。

最后，庄华龙还介绍说，帝奥微电子是一家模拟和混合信号集成电路设计公司，目前有电源管理、信号链和ACDC照明三条产品线。