Low-loss inductors built on PECVD intrinsic amorphous silicon for RF integrated circuits

摘要

Le facteur de qualité (Q) d'inductances sur du silicium (Si) est limité par la résistance en série du métal à basse fréquence et par la résistivité du substrat à haute fréquence. De l'oxide est généralement utilisée pour isoler le signal utile de l'inductance du substrat à perte. Toutefois, la silice stoechiométrique (SiO_2) est traitée à haute température, ce qui élimine la possibilité d'intégration post-CMOS. Le silicium amorphe augmenté au plasma et déposé par vapeur chimique (PECVD) peut être déposé à une faible température et intégré facilement à la plupart des procédés basées sur le Si. Le silicium hydrogéné intrinsèque amorphe (i-a-Si:H) démontre aussi une faible conductivité. Dans ce travail, du i-a-Si:H déposé à faible température (250℃) est utilisé dans une approche nouvelle en tant que matériau d'isolation pour des inductances planaires sur des circuits intégrés RF en Si. Une amélioration de Q de plus de 50% est mesurée quand un film de i-a-Si:H d'une épaisseur de 1.5 μm est déposé sur le substrat Si avant la fabrication de l'inductance. Ce résultat démontre l'influence du film de i-a-Si:H sur la performance RF de l'inductance. Il est montré que le a-Si:H intrinsèque est un matériau prometteur pour l'isolation de dispositifs RF sur du Si à faible résistivité.%The quality factor (Q) of inductors on silicon (Si) is limited by the series resistance of the metal at low frequency and by the substrate resistivity at high frequency. Oxide is generally used to isolate the useful signal of the inductor from the lossy substrate. However, stoichiometric silica (SiO_2) is processed at a high temperature, which eliminates the possibility of post-CMOS integration. By contrast, plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) amorphous Si can be deposited at a low temperature and is easily integrated with most Si-based processes. Intrinsic amorphous hydrogenated silicon (i-a-Si:H) also displays low conductivity. In this work, i-a-Si:H deposited at a low temperature (250℃) is used in a novel approach as the isolation material for planar inductors on Si for RF integrated circuits. An improvement of more than 50% in Q is measured when 1.5 μm i-a-Si:H film is deposited on the Si substrate prior to fabrication of the inductor. This result demonstrates the influence of i-a-Si:H film on the RF performance of an inductor. Intrinsic a-Si:H is shown to be a promising material for the isolation of RF devices on low-resistivity Si.