BiCMOS技術：製造工藝及應用

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BiCMOS代表雙極型互補金氧半導體。BiCMOS技術是一種整合技術，它在一個晶片上結合了雙極型和CMOS（互補金氧半導體）器件。這項技術主要用於在一個單一的IC晶片上結合模擬和數位電路的功能。

在這篇文章中，我們將討論BiCMOS技術，它的定義、製造工藝、優點、缺點和應用。在討論BiCMOS技術之前，讓我們首先分別概述一下雙極型技術和CMOS技術。

什麼是雙極型技術？

一種使用BJT（雙極結型電晶體）作為積體電路和其他電子器件基本組成單元的半導體技術被稱為雙極型技術。

在雙極型器件中，多數和少數載流子都控制著電流的流動。雙極結型電晶體是三端兩pn結半導體器件，可以工作在三種模式下，即放大模式、飽和模式和截止模式。

在放大模式下，雙極結型電晶體被偏置以允許放大電訊號。在飽和模式下，BJT被偏置以允許在發射極和集電極之間控制電流的流動。在截止模式下，BJT被偏置以停止發射極和集電極之間的電流流動。

雙極型技術在電流處理能力、精確控制電流和高頻效能方面更好。因此，雙極型器件廣泛應用於模擬和電力應用。然而，由於其高功耗和低開關速度，它不太適合數字邏輯應用。

什麼是CMOS技術？

CMOS代表互補金氧半導體。CMOS是一種IC（積體電路）製造技術，廣泛用於製造數字IC、邏輯電路、處理器、儲存晶片等。

CMOS技術使用N溝道和P溝道MOSFET（金屬氧化物場效應電晶體）而不是BJT。N溝道MOSFET和P溝道MOSFET可以互補地工作以執行邏輯運算。

與雙極型技術相比，CMOS技術具有諸多優點，包括低功耗、更高的相容性、高抗噪性、高效率、更快的開關速度等。所有這些CMOS技術的特性使其適合數字邏輯電路。

什麼是BiCMOS技術？

BiCMOS是一種半導體制造技術，它在一個晶片上結合了雙極型技術和CMOS（互補金氧半導體）技術的優點。

BiCMOS基本上是一種積體電路製造技術，它在一個積體電路中結合使用BJT和MOSFET。因此，BiCMOS允許將模擬和數位電路整合到單個積體電路晶片上。

在一個晶片上結合雙極型和CMOS技術，可以提供高開關速度、大電流能力、低功耗等優點。BiCMOS技術允許製造商設計能夠高效處理模擬和數字訊號的混合訊號IC。這項技術顯著減小了晶片尺寸，同時提高了效能。

因此，BiCMOS IC廣泛應用於各種模擬和數位電子應用中，例如高速開關、汽車電子、資料轉換器、無線和數字通訊系統等等。

總的來說，BiCMOS技術是一種先進的半導體制造技術，它在一個IC晶片上集成了雙極型技術和CMOS技術的優點。因此，它廣泛應用於需要混合訊號功能的應用中。

BiCMOS製造工藝

BiCMOS IC的實際製造工藝通常取決於製造工廠而有所不同，並且可能更復雜。但是，BiCMOS IC的一般製造工藝包括以下步驟：

• 步驟1 - 製備半導體襯底（通常由矽製成），徹底清潔以去除所有雜質和汙染物。

• 步驟2 - 在襯底頂部沉積一層薄的外延材料，以改善器件的電氣特性和效能。

• 步驟3 - 在襯底表面沉積一層金屬氧化物層（SiO2）。這層氧化物層在晶片的不同層和元件之間提供絕緣。

• 步驟4 - 進行光刻。此過程包括以下步驟：

  • 光刻膠，一種感光材料，被塗覆到金屬氧化物層上。

  • 包含所需IC電路圖案的光掩膜放置在襯底上。

  • 紫外線穿過光掩膜照射光刻膠。

  • 這將在晶片上建立電路圖案。

• 步驟5 - 使用化學蝕刻工藝去除光刻膠的曝光或未曝光區域。此過程將電路圖案從光刻膠轉移到金屬氧化物層上。

• 步驟6 - 此步驟透過摻雜注入來建立雙極型和CMOS器件的不同區域。在這個過程中，不同的摻雜原子被注入襯底以建立P型和N型區域。

• 步驟7 - 此步驟涉及襯底的熱退火。在這個過程中，襯底被加熱到高溫，以啟用摻雜劑並修復離子注入過程中發生的任何損壞。

• 步驟8 - 此步驟涉及金屬沉積，以在晶片上的不同元件之間建立連線。在這個過程中，銅或鋁金屬層沉積在矽襯底上。

• 步驟9 - 在此步驟中，絕緣層（通常為SiO2）沉積在金屬層頂部。

• 步驟10 - 製造過程完成後，對單個晶片的功能進行測試，並將其封裝在帶有連線引腳/引線的保護外殼中。

上述十個步驟的最終結果如下圖所示：

BiCMOS技術的優點

透過將雙極型和CMOS技術結合在一起，BiCMOS技術提供了許多優點。BiCMOS技術的一些主要優點列在下面：

• BiCMOS技術允許在一個晶片上組合模擬和數字訊號。因此，這使得設計混合訊號IC成為可能。

• BiCMOS技術提供高速開關，傳播延遲低。

• BiCMOS技術允許開發功耗低的節能器件。

• BiCMOS器件具有高抗噪性。

• BiCMOS技術提供高封裝密度，允許在緊湊的尺寸內設計更強大的IC。

• BiCMOS技術與各種應用相容。

BiCMOS技術的缺點

BiCMOS技術有幾個優點，但它也有一些明顯的缺點。其中一些列在下面：

• BiCMOS技術涉及複雜的製造工藝，因為它在一個晶片上結合了雙極型和CMOS器件。

• 由於製造工藝中增加了額外的步驟，BiCMOS技術的製造成本更高。

• BiCMOS技術在一個晶片上結合了雙極型和CMOS技術，這增加了設計複雜性，需要更多的時間和精力。

BiCMOS技術的應用

BiCMOS（雙極型互補金氧半導體）技術廣泛應用於以下應用：

• BiCMOS技術用於設計與模擬和數位電路相容的混合訊號IC。

• BiCMOS技術用於資料轉換器、通訊系統、訊號處理器等器件。

• BiCMOS技術用於設計高速通訊系統器件。

• BiCMOS技術也用於無線裝置，如射頻電路、無線感測器、藍牙、Wi-Fi等。

• BiCMOS技術也用於汽車電子，以設計發動機控制系統、通訊系統、防抱死制動系統等等。

• BiCMOS技術也用於開發高效能和可靠的資料通訊介面，如USB、HDMI等。

這些是一些BiCMOS技術的常用應用。

結論

BiCMOS技術是一種先進的半導體制造和整合技術，它在一個晶片上集成了雙極型器件和CMOS器件的優點。因此，BiCMOS技術允許設計與模擬和數字訊號相容的IC。這項技術還提供高速模擬效能和低功耗數字執行。