BiCMOS技术：制造工艺及应用

---

BiCMOS代表双极型互补金属氧化物半导体。BiCMOS技术是一种集成技术，它在一个芯片上结合了双极型和CMOS（互补金属氧化物半导体）器件。这项技术主要用于在一个单一的IC芯片上结合模拟和数字电路的功能。

在这篇文章中，我们将讨论BiCMOS技术，它的定义、制造工艺、优点、缺点和应用。在讨论BiCMOS技术之前，让我们首先分别概述一下双极型技术和CMOS技术。

什么是双极型技术？

一种使用BJT（双极结型晶体管）作为集成电路和其他电子器件基本组成单元的半导体技术被称为双极型技术。

在双极型器件中，多数和少数载流子都控制着电流的流动。双极结型晶体管是三端两pn结半导体器件，可以工作在三种模式下，即放大模式、饱和模式和截止模式。

在放大模式下，双极结型晶体管被偏置以允许放大电信号。在饱和模式下，BJT被偏置以允许在发射极和集电极之间控制电流的流动。在截止模式下，BJT被偏置以停止发射极和集电极之间的电流流动。

双极型技术在电流处理能力、精确控制电流和高频性能方面更好。因此，双极型器件广泛应用于模拟和电力应用。然而，由于其高功耗和低开关速度，它不太适合数字逻辑应用。

什么是CMOS技术？

CMOS代表互补金属氧化物半导体。CMOS是一种IC（集成电路）制造技术，广泛用于制造数字IC、逻辑电路、处理器、存储芯片等。

CMOS技术使用N沟道和P沟道MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）而不是BJT。N沟道MOSFET和P沟道MOSFET可以互补地工作以执行逻辑运算。

与双极型技术相比，CMOS技术具有诸多优点，包括低功耗、更高的兼容性、高抗噪性、高效率、更快的开关速度等。所有这些CMOS技术的特性使其适合数字逻辑电路。

什么是BiCMOS技术？

BiCMOS是一种半导体制造技术，它在一个芯片上结合了双极型技术和CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的优点。

BiCMOS基本上是一种集成电路制造技术，它在一个集成电路中结合使用BJT和MOSFET。因此，BiCMOS允许将模拟和数字电路集成到单个集成电路芯片上。

在一个芯片上结合双极型和CMOS技术，可以提供高开关速度、大电流能力、低功耗等优点。BiCMOS技术允许制造商设计能够高效处理模拟和数字信号的混合信号IC。这项技术显著减小了芯片尺寸，同时提高了性能。

因此，BiCMOS IC广泛应用于各种模拟和数字电子应用中，例如高速开关、汽车电子、数据转换器、无线和数字通信系统等等。

总的来说，BiCMOS技术是一种先进的半导体制造技术，它在一个IC芯片上集成了双极型技术和CMOS技术的优点。因此，它广泛应用于需要混合信号功能的应用中。

BiCMOS制造工艺

BiCMOS IC的实际制造工艺通常取决于制造工厂而有所不同，并且可能更复杂。但是，BiCMOS IC的一般制造工艺包括以下步骤：

• 步骤1 - 制备半导体衬底（通常由硅制成），彻底清洁以去除所有杂质和污染物。

• 步骤2 - 在衬底顶部沉积一层薄的外延材料，以改善器件的电气特性和性能。

• 步骤3 - 在衬底表面沉积一层金属氧化物层（SiO2）。这层氧化物层在芯片的不同层和组件之间提供绝缘。

• 步骤4 - 进行光刻。此过程包括以下步骤：

  • 光刻胶，一种感光材料，被涂覆到金属氧化物层上。

  • 包含所需IC电路图案的光掩膜放置在衬底上。

  • 紫外线穿过光掩膜照射光刻胶。

  • 这将在芯片上创建电路图案。

• 步骤5 - 使用化学蚀刻工艺去除光刻胶的曝光或未曝光区域。此过程将电路图案从光刻胶转移到金属氧化物层上。

• 步骤6 - 此步骤通过掺杂注入来创建双极型和CMOS器件的不同区域。在这个过程中，不同的掺杂原子被注入衬底以创建P型和N型区域。

• 步骤7 - 此步骤涉及衬底的热退火。在这个过程中，衬底被加热到高温，以激活掺杂剂并修复离子注入过程中发生的任何损坏。

• 步骤8 - 此步骤涉及金属沉积，以在芯片上的不同组件之间创建连接。在这个过程中，铜或铝金属层沉积在硅衬底上。

• 步骤9 - 在此步骤中，绝缘层（通常为SiO2）沉积在金属层顶部。

• 步骤10 - 制造过程完成后，对单个芯片的功能进行测试，并将其封装在带有连接引脚/引线的保护外壳中。

上述十个步骤的最终结果如下图所示：

BiCMOS技术的优点

通过将双极型和CMOS技术结合在一起，BiCMOS技术提供了许多优点。BiCMOS技术的一些主要优点列在下面：

• BiCMOS技术允许在一个芯片上组合模拟和数字信号。因此，这使得设计混合信号IC成为可能。

• BiCMOS技术提供高速开关，传播延迟低。

• BiCMOS技术允许开发功耗低的节能器件。

• BiCMOS器件具有高抗噪性。

• BiCMOS技术提供高封装密度，允许在紧凑的尺寸内设计更强大的IC。

• BiCMOS技术与各种应用兼容。

BiCMOS技术的缺点

BiCMOS技术有几个优点，但它也有一些明显的缺点。其中一些列在下面：

• BiCMOS技术涉及复杂的制造工艺，因为它在一个芯片上结合了双极型和CMOS器件。

• 由于制造工艺中增加了额外的步骤，BiCMOS技术的制造成本更高。

• BiCMOS技术在一个芯片上结合了双极型和CMOS技术，这增加了设计复杂性，需要更多的时间和精力。

BiCMOS技术的应用

BiCMOS（双极型互补金属氧化物半导体）技术广泛应用于以下应用：

• BiCMOS技术用于设计与模拟和数字电路兼容的混合信号IC。

• BiCMOS技术用于数据转换器、通信系统、信号处理器等器件。

• BiCMOS技术用于设计高速通信系统器件。

• BiCMOS技术也用于无线设备，如射频电路、无线传感器、蓝牙、Wi-Fi等。

• BiCMOS技术也用于汽车电子，以设计发动机控制系统、通信系统、防抱死制动系统等等。

• BiCMOS技术也用于开发高性能和可靠的数据通信接口，如USB、HDMI等。

这些是一些BiCMOS技术的常用应用。

结论

BiCMOS技术是一种先进的半导体制造和集成技术，它在一个芯片上集成了双极型器件和CMOS器件的优点。因此，BiCMOS技术允许设计与模拟和数字信号兼容的IC。这项技术还提供高速模拟性能和低功耗数字运行。