目前為止，在日常生活中使用的每一個電氣和電子設備中，都是由利用半導體器件制造工藝制造的集成電路組成。電子電路是在由純半導體材料(例如硅和其他半導體化合物)組成的晶片上創(chuàng)建的，其中包括光刻和化學工藝的多個步驟。

半導體制造過程于1960 年代初期從美國德克薩斯州開始，然后擴展到世界各地。如今半導體制造工藝多種多樣，已經(jīng)在電子電路中扮演著無可撼動的地位。本文主要介紹其中的一種制造工藝——BiCMOS技術。

關于BiCMOS技術

BiCMOS是主要的半導體技術之一，也是一項高度發(fā)達的技術，在1990年代將兩種獨立的技術(雙極結型晶體管和CMOS晶體管)集成在一個現(xiàn)代集成電路中，當今在電子電路中已經(jīng)被廣泛的運用。

如上圖所示，它是第一款模擬/數(shù)字接收器IC，是一款具有非常高靈敏度的BiCMOS集成接收器。

關于CMOS技術

CMOS技術是作為MOS技術或CSG(Commodore Semiconductor Group)的補充，其實CSG最初是作為制造電子計算器的來源。后來，稱為CMOS的互補MOS技術被用于開發(fā)集成電路，如數(shù)字邏輯電路以及微控制器和微處理器。CMOS技術具有低功耗和低噪聲容限以及高封裝密度的優(yōu)勢。

上圖顯示了CMOS技術在制造數(shù)控開關器件中的應用。

關于BJT雙極晶體管技術

BJT雙極晶體管是集成電路的一部分，它們的操作基于兩種類型的半導體材料或取決于兩種類型的電荷載流子空穴和電子。這些通常分為PNP和NPN兩種類型，根據(jù)其三個端子的摻雜及其極性進行分類，它提供了高開關以及具有良好噪聲性能的輸入/輸出速度。

該圖顯示了雙極晶技術在RISC處理器AM2901CPC中的應用。

BiCMOS制造工藝流程

BiCMOS的制造結合了BJT和CMOS的制造工藝，但只是形式上面的變種。下面簡單介紹下BiCMOS的制造工藝流程。

1、如下圖所示選P-Substrate(基板)：

2、在P-substrate上覆蓋氧化層：

3、在氧化層上做一個小開口，如下圖所示：

4、通過開口重摻雜N型雜質(zhì)：

5、P-外延層在整個表面上覆蓋：

6、接下來，整個表面層再次被氧化層覆蓋，并通過該氧化層制作兩個開口：

7、從穿過氧化層的開口中擴散N型雜質(zhì)，形成N阱：

8、在氧化層上打三個開孔，形成三個有源器件：

9、用Thinox和Polysilicon覆蓋并圖案化整個表面，形成NMOS和PMOS的柵極端子：

10、加入P-雜質(zhì)，形成BJT的基極端子，類似地，N型雜質(zhì)被重摻雜以形成BJT的發(fā)射極端子、NMOS的源極和漏極，并且為了接觸目的，N型摻雜到N阱集電極中：

11、形成PMOS的源漏區(qū)，并在P基區(qū)進行接觸，重摻雜P型雜質(zhì)：

12、接下來整個表面被厚厚的氧化層覆蓋：

13、通過厚氧化層對切口進行圖案化以形成金屬觸點：

14、通過氧化層上的切口制作金屬觸點，端子命名如下圖所示：

以上就是BICMOS的制造工藝流程，不難看出，它結合了NMOS、PMOS和BJT。在制造過程中使用了一些層，例如溝道停止注入、厚層氧化和保護環(huán)。

從理論上講，要同時包含CMOS和雙極晶技術，制造過程是困難的。因為在處理P阱和N阱CMOS時，無意中產(chǎn)生寄生雙極晶體管是比較棘手的問題。另外，對于BiCMOS的制造，增加了許多額外的步驟來微調(diào)雙極和CMOS組件，所以總制造成本也增加了。

如上圖所示，通過注入或擴散或其他方法在半導體器件中注入溝道截斷層，以限制溝道面積的擴展或避免寄生溝道的形成。而且高阻抗節(jié)點(如果有的話)可能會導致表面泄漏電流，為了避免電流在限制電流流動的地方流動，使用了一些保護環(huán)。

BICMOS技術主要優(yōu)勢

通過使用高阻抗CMOS電路作為輸入來促進和改進模擬放大器的設計，其余的則通過使用雙極晶體管來實現(xiàn)。

BiCMOS本質(zhì)上對溫度和工藝變化有很大的影響，提供了良好的經(jīng)濟考慮(主要單元的百分比高)，而電氣參數(shù)的變化較小。

BiCMOS器件可根據(jù)要求提供高負載電流吸收和輸出。

由于它是一組雙極和CMOS技術，如果速度是關鍵參數(shù)，則可以使用BJT，如果功率是關鍵參數(shù)，那么可以使用MOS，它可以驅(qū)動高電容負載并縮短周期時間。

它比單獨的雙極技術具有低功耗。

該技術在模擬電源管理電路和放大器電路(如BiCMOS放大器)中得到了廣泛應用。

非常適合輸入/輸出密集型應用，提供靈活的輸入/輸出(TTL、CMOS和ECL)。

與單獨的CMOS技術相比，它具有提高速度性能的優(yōu)勢。

具有雙向能力(源極和漏極可以根據(jù)需要互換)。

BICMOS技術主要缺點

該技術的制造過程由CMOS和雙極技術組成，增加了復雜性。

由于制造過程的復雜性增加，制造成本也增加。

因為有更多的器件，所以光刻更少。

BICMOS技術主要應用

可以被分析為高密度和高速度的函數(shù)。

該技術被用作當前市場上雙極、ECL和CMOS替代技術。

在某些應用中(功率預算有限)，BiCMOS速度性能優(yōu)于雙極。

非常適合密集型輸入/輸出應用。

BiCMOS的應用最初是在RISC微處理器中，而不是傳統(tǒng)的CISC微處理器。

該技術在應用方面表現(xiàn)出色，主要在微處理器的兩個領域，例如內(nèi)存和輸入/輸出。

在模擬和數(shù)字系統(tǒng)中有許多應用，從而使單芯片跨越了模擬-數(shù)字邊界。

可用于采樣和保持應用，因為它提供高阻抗輸入。

用于加法器、混頻器、ADC和DAC等應用。

為了克服雙極和CMOS運算放大器的局限性， BiCMOS 工藝用于設計運算放大器。在運算放大器中，需要高增益和高頻特性。通過使用這些 BiCMOS放大器，可以獲得所有這些所需的特性。

總結

BiCMOS是一種復雜的處理技術，將NMOS和PMOS技術相互融合，具有極低功耗的雙極技術和比CMOS技術高的速度。此外，MOSFET提供高輸入阻抗邏輯門，雙極晶體管提供高電流增益。