CN114242845A - 可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备 - Google Patents

可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114242845A
CN114242845A CN202210060747.0A CN202210060747A CN114242845A CN 114242845 A CN114242845 A CN 114242845A CN 202210060747 A CN202210060747 A CN 202210060747A CN 114242845 A CN114242845 A CN 114242845A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
functional layer
chip
light source
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210060747.0A
Other languages
English (en)
Inventor
袁俊
丁琪超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei Jiufengshan Laboratory
Original Assignee
Hubei Jiufengshan Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei Jiufengshan Laboratory filed Critical Hubei Jiufengshan Laboratory
Priority to CN202210060747.0A priority Critical patent/CN114242845A/zh
Publication of CN114242845A publication Critical patent/CN114242845A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/0205—Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
    • A61B5/02055—Simultaneously evaluating both cardiovascular condition and temperature
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/681—Wristwatch-type devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • H01L31/173—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers formed in, or on, a common substrate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本申请公开了一种可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备，本申请技术方案将光传输组件、多个发光波段的不同的光源芯片以及多个用于探测不同波段的探测器集成在同一芯片中，形成一种单片混合集成芯片。本申请技术方案，通过多个发光波段的不同的光源芯片以及多个用于探测不同波段的探测器，可以实现宽光谱的血糖参数检测，提高了分辨率以及测试准确度；通过布局芯片内传输组件，实现芯片内传输光路设计；而且可以基于同一SOI实现光传输组件、光源组件以及光探测组件的混合集成工艺实现单芯片集成，便于设备小型化，能够降低设备体积和功耗，适用于穿戴设备小型化以及低功耗的设计需求。

Description

可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备
技术领域
本申请涉及半导体器件技术领域，更具体的说，涉及一种可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备。
背景技术
血糖检测设备在使用上可以分为两类：第一类是有创的血糖检测设备，这一类设备在测量人体血糖值时需要采集一定量的血液，操作不变，且会对被检测者造成一定的心理压力，而且还会带来感染风险；第二类是无创的血糖检测设备，这一类设备在使用时通过测定人体内部糖基化物对特定波长光的吸收即可判断血糖水平。
相对于有创血糖检测设备，无创血糖检测设备具有安全、操作方便以及可实时显示检测结果等优点，成为血糖检测设备的主要发展方向。目前，无创血糖检测设备一般是采用LED作为检测光源，基于可见光光谱分析，检测血糖参数，但是由于可供分析的光谱波长范围窄，导致检测结果的分辨率低、数据准确度不够。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备，方案如下：
一种制作方法，用于制备可用于非侵血糖检测的集成芯片，所述制作方法包括：
提供半导体衬底，所半导体衬底表面具有第一绝缘层以及位于所述第一绝缘层背离所述半导体衬底一侧表面的第一膜层；
图形化所述第一膜层，形成第一功能层，所述第一功能层包括：光调制组件、第一波导以及光探测组件；
在所述第一膜层背离所述半导衬底的一侧形成第二功能层，所述第二功能层包括：第二波导；
形成与光传输组件耦合的光源组件，所述光传输组件包括所述第一波导以及所述第二波导；
其中，所述光调制组件以及所述光探测组件均包括经过掺杂的有源结构；所述光源组件包括：多个发光波段不同的光源芯片；所述光探测组件包括：多个用于探测不同波段的探测器；所述半导体衬底具有用于出射检测光以及采集被反射检测光的出光口结构。
优选的，在上述制作方法中，形成所述第一功能层的方法包括：
在所述第一膜层背离所述半导体衬底的一侧表面依次形成第二绝缘层和第三绝缘层；
图形化所述第二绝缘层和所述第三绝缘层；
基于图形化的所述第二绝缘层和所述第三绝缘层，对所述第一膜层进行刻蚀，形成所述第一功能层；其中，所述第一功能层包括多个刻蚀深度不同的波导结构，以形成所述第一波导、所述光调制组件以及所述光探测组件；
在所述第一绝缘层背离所述半导体衬底的一侧形成平坦化的第四绝缘层，所述第四绝缘层覆盖所述第一功能层。
优选的，在上述制作方法中，所述光探测组件包括MOS电容型光电调制器；
在形成所述第二功能层前，还包括：
去除所述第三绝缘层，露出所述第二绝缘层；
对所述MOS电容型光电调制器的有源结构进行掺杂。
优选的，在上述制作方法中，所述第一功能层背离所述半导体衬底一侧的表面具有第二绝缘层；
形成所述第二功能层的方法包括：
在所述第二绝缘层背离所述第一功能层的一侧表面形成图形化的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括：窗口牺牲层；
在所述第一多晶硅层背离所述第一功能层的一侧依次形成第五绝缘层和第二膜层；
图形化所述第二膜层，形成所述第二功能层；
其中，所述窗口牺牲层用于形成所述第一功能层中所述有源结构的离子注入窗口。
优选的，在上述制作方法中，所述光探测组件包括MOS电容型光电调制器；
所述第一多晶硅层还包括所述MOS电容型光电调制器的栅极。
优选的，在上述制作方法中，所述第一功能层与所述第二功能层之间具有图形化的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括：窗口牺牲层；
形成所述有源结构的方法包括：
在所述窗口牺牲层背离所述第一功能层的绝缘层中形成离子注入窗口，所述离子注入窗口露出所述窗口牺牲层；
基于所述离子注入窗口去除所述窗口牺牲层；
去除所述窗口牺牲层后，基于所述离子注入窗口，进行离子注入，以对所述离子注入窗口下方的所述有源结构进行掺杂。
优选的，在上述制作方法中，所述第一功能层与所述第二功能层之间具有图形化的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括：第一耦合牺牲层；所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有第二耦合牺牲层；所述第二耦合牺牲层背离所述第二功能层的一侧具有顶部绝缘层；
所述光源组件与所述传输组件耦合的方法包括：
基于所述第一耦合牺牲层形成第一沟槽，去除所述第一耦合牺牲层，所述第一沟槽位于所述第一波导上方，用于固定第一光源芯片；
基于所述第二耦合牺牲层形成第二沟槽，去除所述第二耦合牺牲层，所述第二沟槽位于所述第二波导上方，用于固定所述第二光源芯片；
其中，所述第一光源芯片与所述第二光源芯片的发光波段不同。
优选的，在上述制作方法中，所述第一功能层还包括光栅；所述第二功能层背离所述第二功能层的一侧具有顶部绝缘层；所述顶部绝缘层表面与所述光栅相对的区域还能够设置扩展光源部件。
优选的，在上述制作方法中，所述第一功能层背离所述半导体衬底的一侧具有绝缘层，所述第二功能层位于两层绝缘层之间；
所述制作方法还包括：形成第一布线层和第二布线层；
其中，所述第一布线层位于相邻两层绝缘层之间，包括多条第一信号线；所述光探测组件以及所述光调制组件分别通过通孔与对应的所述第一信号线连接；所述第二布线层位于顶部绝缘层背离所述第二功能层的一侧表面，包括多条第二信号线；所述第二信号线通过通孔与所述第一信号线连接，所述第二信号线用于连接外部电路。
本申请还提供了一种可用于非侵血糖检测的集成芯片，包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底表面的第一绝缘层；
位于所述第一绝缘层背离所述半导体衬底一侧表面的第一功能层，所述第一功能层包括：光调制组件、第一波导以及光探测组件；
位于所述第一功能层背离所述半导体衬底一侧的第二功能层，所述第二功能层包括：第二波导；
与光传输组件耦合的光源组件；
其中，所述光调制组件以及所述光探测组件均包括经过掺杂的有源结构；所述光源组件包括：多个发光波段不同的光源芯片；所述光探测组件包括：多个用于探测不同波段的探测器；所述半导体衬底具有用于出射检测光以及采集被反射检测光的出光口结构。
优选的，在上述集成芯片中，所述光源组件包括：可见光光源芯片和红外光光源芯片；所述光探测组件包括：可见光探测器和红外光探测器。
优选的，在上述集成芯片中，所述光调制组件包括：MOS电容型光电调制器；
所述第一功能层与所述第二功能层之间具有第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括所述MOS电容型光电调制器的栅极；
其中，所述第一多晶硅层还用于形成所述第一功能层中有源结构的离子注入窗口。
优选的，在上述集成芯片中，所述光调制组件还包括：MZM型光电调制器。
优选的，在上述集成芯片中，所述第一功能层为单晶硅层，所述第一波导为硅波导；
所述第二功能层为氮化硅层，所述第二波导为氮化硅波导。
优选的，在上述集成芯片中，所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有顶部绝缘层，所述顶部绝缘层表面具有第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽用于固定第一光源芯片，所述第一光源芯片与所述第一沟槽下方的所述第一波导耦合；所述第二沟槽用于固定所述第二光源芯片，所述第二光源芯片与所述第二沟槽下方的所述第二波导耦合。
优选的，在上述集成芯片中，所述第一功能层还包括光栅；所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有顶部绝缘层；所述光源组件设置在所述顶部绝缘层；所述顶部绝缘层表面与所述光栅相对的区域还能够设置扩展光源部件。
优选的，在上述集成芯片中，所述第一功能层背离所述半导体衬底的一侧具有多层绝缘层，所述第二功能层位于两层所述绝缘层之间；
所述集成芯片还包括第一布线层和第二布线层；所述第一布线层位于相邻两层所述绝缘层之间，包括多条第一信号线；所述光探测组件以及所述光调制组件分别通过通孔与对应的所述第一信号线连接；所述第二布线层位于最外层所述绝缘层背离所述第二功能层的一侧表面，包括多条第二信号线；所述第二信号线通过通孔与所述第一信号线连接，所述第二信号线用于连接外部电路。
本申请还提供了一种穿戴设备，包括：
电路板，所述电路板连接有电芯片；
上述任一项所述的集成芯片，所述集成芯片固定在所述电路板上，与所述电芯片连接；
其中，所述电芯片用于基于所述光探测组件探测光信号生成的检测信号，确定探测目标的生物特征参数，所述生物特征参数至少包括血糖参数。
通过上述描述可知，本申请技术方案提供的可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备，本申请技术方案将光传输组件、多个发光波段的不同的光源芯片以及多个用于探测不同波段的探测器集成在同一芯片中，形成一种单片混合集成芯片。本申请技术方案，通过多个发光波段的不同的光源芯片以及多个用于探测不同波段的探测器，可以实现宽光谱的血糖参数检测，提高了分辨率以及测试准确度；通过布局芯片内传输组件，实现芯片内传输光路设计；而且可以基于同一SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)实现光传输组件、光源组件以及光探测组件的混合集成工艺实现单芯片集成，便于设备小型化，能够降低设备体积和功耗，适用于穿戴设备小型化以及低功耗的设计需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1-图27为本申请实施例提供的一种制作方法的工艺流程图；
图28为本申请实施例提供的一种可用于非侵血糖检测的集成芯片的结构示意图；
图29为本申请实施例提供的一种穿戴设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如背景技术中所述，常规无创血糖检测设备一般是采用LED作为检测光源，基于可见光光谱分析，检测血糖参数，但是由于可供分析的光谱波长范围窄，导致检测结果的分辨率低、数据准确度不够。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备，所述制作方法包括：
提供半导体衬底，所半导体衬底表面具有第一绝缘层以及位于所述第一绝缘层背离所述半导体衬底一侧表面的第一膜层；
图形化所述第一膜层，形成第一功能层，所述第一功能层包括：光调制组件、第一波导以及光探测组件；
在所述第一膜层背离所述半导衬底的一侧形成第二功能层，所述第二功能层包括：第二波导；
形成与光传输组件耦合的光源组件，所述光传输组件包括所述第一波导以及所述第二波导；
其中，所述光调制组件以及所述光探测组件均包括经过掺杂的有源结构；所述光源组件包括：多个发光波段不同的光源芯片；所述光探测组件包括：多个用于探测不同波段的探测器；所述半导体衬底具有用于出射检测光以及采集被反射检测光的出光口结构。
本申请技术方案，通过多个发光波段的不同的光源芯片以及多个用于探测不同波段的探测器，可以实现宽光谱的血糖参数检测，提高了分辨率以及测试准确度；通过布局芯片内传输组件，实现芯片内传输光路设计；而且可以基于同一SOI实现光传输组件、光源组件以及光探测组件的混合集成工艺实现单芯片集成，便于设备小型化，能够降低设备体积和功耗，适用于穿戴设备小型化以及低功耗的设计需求。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
如图1-图27所示，图1-图27为本申请实施例提供的一种制作方法的工艺流程图，所述制作方法用于制备可用于非侵血糖检测的集成芯片，所述制作方法包括：
步骤S11：如图1所示，提供半导体衬底100，所半导体衬底100表面具有第一绝缘层101以及位于所述第一绝缘层101背离所述半导体衬底100一侧表面的第一膜层102。
其中，本申请实施例中，直接采用SOI晶圆制作该集成芯片，第一绝缘层101为氧化硅，厚度范围是1μm-3μm，第一膜层102为单晶硅，厚度范围是150nm-500nm。
步骤S12：如图2-图6所示，图形化所述第一膜层102，形成第一功能层，所述第一功能层包括：光调制组件、第一波导以及光探测组件。
在步骤S12中，形成所述第一功能层的方法包括：
首先，如图2所示，在所述第一膜层102背离所述半导体衬底100的一侧表面依次形成第二绝缘层103和第三绝缘层104。
可以通过在第一膜层102表面通过生长一层热氧化层，作为第二绝缘层103，所述热氧化层的厚度为5nm-50nm，在第二绝缘层103表面通过LPCVD等沉积工艺形成一层SiN层作为所述第三绝缘层104。所述SiN层的厚度为10nm-200nm。其中，本申请实施例中各氧化层都为氧化硅。
然后，如图3所示，图形化所述第二绝缘层103和所述第三绝缘层104。可以采用光刻工艺，在所述第三绝缘层104表面形成一层光刻胶，基于掩膜版对光刻胶进行图形化后，基于所述光刻胶，以对所述第二绝缘层103和所述第三绝缘层104进行刻蚀。
再如图4所示，基于图形化的所述第二绝缘层103和所述第三绝缘层104，对所述第一膜层102进行刻蚀，形成所述第一功能层；其中，所述第一功能层包括多个刻蚀深度不同的波导结构，以形成所述第一波导、所述光调制组件以及所述光探测组件。
如图5所示，图5为本申请实施例提供的一种第一膜层102刻蚀原理示意图，图5中，(a)图表示浅刻蚀的波导结构，(b)表示深刻蚀的波导单元，(c)图表示全刻蚀的波导单元，通过在第一膜层102上刻蚀出三种不同刻蚀深度的波导结构，可以通过同一第一膜层102构造各种光芯片结构，包括不局限于用于制作光探测组件、光调制组件以及第一波导。
最后，如图6和图7所示，在所述第一绝缘层背离所述半导体衬底的一侧形成平坦化的第四绝缘层105，所述第四绝缘层105覆盖所述第一功能层。具体的，如图6所示，通过CVD等沉积工艺在第一功能层形成一层氧化层作为第四绝缘层105，可以先对第一膜层102中刻蚀后的波导单元进行侧壁氧化，在沉积填充第四绝缘层105。如图7所示，通过CMP工艺对第四绝缘层105进行平坦化，使得第四绝缘层105与第三绝缘层104表面齐平。
步骤S13：如图8-图17所示，在所述第一膜层背离所述半导衬底的一侧形成第二功能层，所述第二功能层包括：第二波导；
如图8和图9所示，所述光探测组件包括MOS电容型光电调制器1021；在形成所述第二功能层前，还包括：先如图8所示，去除所述第三绝缘层104，露出所述第二绝缘层103；再如图9所示，对所述MOS电容型光电调制器1021的有源结构进行掺杂。其中，当采用SiN层作为第三绝缘层104时，可以采用干法刻蚀和热磷酸腐蚀清洗工艺去除第三绝缘层104。
如上述，所述第一功能层背离所述半导体衬底100一侧的表面具有第二绝缘层103；在步骤S13中，形成所述第二功能层的方法包括：
步骤S21:如图10-图13所示，在所述第二绝缘层103背离所述第一功能层的一侧表面形成图形化的第一多晶硅层106，所述第一多晶硅层106包括：窗口牺牲层1061。
在形成第一多晶硅层106前，可以先对第四绝缘层105进行平坦化，以使得第四绝缘层105和第二绝缘层103表面齐平。
具体的，先如图10所示，如图10所示，在第三绝缘层105表面形成第一多晶硅层106，再如图11和图12所示，采用掩膜版107，对第一多晶硅层进行刻蚀，图形化第一多晶硅层106，保留未掺杂的有源结构上方的第一多晶硅层作为窗口牺牲层1061。最后如图13所示，移除掩膜版107后，在第一多晶硅层106刻蚀区域填充氧化层108，并进行平坦化，使得该氧化层108和第一多晶硅层106齐平。可以通过CVD工艺形成该氧化层108，通过CMP工艺对其进行平坦化。
其中，在后续离子注入工艺中，所述窗口牺牲层1061用于形成所述第一功能层中所述有源结构的离子注入窗口。
可以采用LPCVD工艺形成第一多晶硅层106，厚度为20nm-300nm。刻蚀后的第一多晶硅层106包括：窗口牺牲层1061、MOS电容型光电调制器1021的栅极1062和第一耦合牺牲层1063。在半导体衬底100的背面也会沉积第一多晶硅层106，需要去除半导体衬底100的背面的第一多晶硅层106。
步骤S22:如图14和图15所示，在所述第一多晶硅层106背离所述第一功能层的一侧依次形成第五绝缘层109和第二膜层110。
首先，如图14所示，可以通过CVD工艺在第一多晶硅层106以及氧化层108表面形成另一层氧化层作为第五绝缘层109，第五绝缘层109为高温热氧化层，膜层致密，后续形成第二波导的高温退火过程中以及后续的有源工艺如硅化物工艺和Ge外延工艺过程中，可以作为较好的污染扩散的阻挡层，避免扩散进入SOI波导结构(即第一功能层的波导结构)中，避免由于扩散导致的SOI波导结构的传输损耗恶化问题。第五绝缘层109的厚度为10nm-300nm。
再如图15所示，采用PECVD工艺或者LPCVD工艺在第五绝缘层109表面形成一层氮化硅波导层作为第二膜层110，氮化硅波导层的厚度为100nm-1000nm。在形成所述氮化硅波导层时，可以分段多次生长，使得第二膜层包括多层层叠的子膜层，以降低膜层应力，提高膜层厚度，同时能够提升RI(折射率参数)分布均匀性。在形成所述氮化硅波导层后，在800摄氏度-1200摄氏度的温度条件下对氮化硅波导层进行炉管退火工艺处理，以去除和降低沉积工艺过程中氮化硅波导层的Si-H和N-H键，从而降低氮化硅波导层的传输损耗。退火处理的时间为0.5小时至几个小时，可以分多次进行退火处理。
步骤S23:如图16所示，图形化所述第二膜层110，形成所述第二功能层。
可以采用光刻工艺对第二膜层110进行图形化处理，以形成所需图形结构的第二波导。对氮化硅波导层的退火处理可以在第二膜层110图形化前，也可以在第二膜层110图形化之后。氮化硅波导层刻蚀后在进行退火处理与刻蚀前进行退火处理降低传输损耗的机理相同。
可选的，所述第二功能层包括多个刻蚀深度不同的第二波导，如可以设置所述第二功能层包括部分刻蚀的第二波导WG1和完全刻蚀的第二波导WG2。设置部分刻蚀的第二波导WG1厚度为150nm-250nm，以形成对可见光较好的单模条件，构成后续对可见光波段的光谱分析。完全刻蚀的第二波导WG2能够形成对红外光IR的近红外NIR和中红外MIR波段较好的单模条件，构成后续对红外光IR的近红外NIR和中红外MIR波段的光谱分析。特别的，氮化硅波导层干法刻蚀工艺过程会形成对下方氧化层一定的过刻蚀量，由于SiN材料的刻蚀气体对多晶硅的刻蚀比很低，因此第一多晶硅层还可以作为氮化硅波导层刻蚀保护层，避免氮化硅波导层的刻蚀工艺中损伤到底下的关键的SOI波导结构。
步骤S14：如图17-图27所示，形成与光传输组件耦合的光源组件，所述光传输组件包括所述第一波导以及所述第二波导，形成如图27所示的芯片结构。
其中，所述光调制组件以及所述光探测组件均包括经过掺杂的有源结构；所述光源组件包括：多个发光波段不同的光源芯片；所述光探测组件包括：多个用于探测不同波段的探测器；所述半导体衬底具有用于出射检测光以及采集被反射检测光的出光口结构。
如上述，所述第一功能层与所述第二功能层之间具有图形化的第一多晶硅层106，所述光探测组件包括MOS电容型光电调制器1021；所述第一多晶硅层106还包括所述MOS电容型光电调制器1021的栅极1062。所述第一多晶硅层106包括：1061窗口牺牲层。基于此，形成所述有源结构的方法包括：
步骤S31：如图17-图20所示，在所述窗口牺牲层1061背离所述第一功能层一侧的绝缘层中形成离子注入窗口K，所述离子注入窗口K露出所述窗口牺牲层1061；
具体的，首先，如意投17所示，在所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧形成平坦化的第六绝缘层111。
采用CVD工艺形成一层氧化层作为第六绝缘层111，第六绝缘层111覆盖第二波导，并填充第二功能层之间的镂空区域；再通过CMP工艺对第六绝缘层111进行平坦化处理，平坦化处理后，第二功能层与第六绝缘层之间的最小距离为50nm-500nm。
再如图18所示，本申请实施例所述制作方法还包括：在平坦化的所述第六绝缘层111表面形成图形化的第二多晶硅层112，用于后续工艺中，作为形成放置光源组件沟槽的刻蚀阻挡层。第二多晶硅层112的厚度为20nm-300nm，通过光刻工艺形成所需图形结构的第二多晶硅层112。
图形化的第二多晶硅层112可以作为后续工艺中打开波导上方较厚氧化层的深刻蚀阻挡层，形成深沟槽，以便于放置光源组件中光源芯片，所述光源芯片包括化合物光源芯片，例如III-V族InP半导体激光器(LD)、VCSEL(垂直腔面发射激光器)构架的可见光或红外光光源芯片，或者GaSb中红外光源芯片，以构造可见光/红外/中红外光源的单片集成。
需要说明的是，其他方式中，也可以无设置所述第二多晶硅层112，通过对刻蚀速度等参数控制，实现深沟槽的刻蚀深度控制。
再如图19所示，形成覆盖第六绝缘层111和第二多晶硅层112的氧化层113。可以通过沉积工艺形成氧化层113。
再如图20所示，通过刻蚀工艺形成露出所述窗口牺牲层1061的离子注入窗口K。可以通过光刻和干法刻蚀，去除所述窗口牺牲层1061上方的绝缘层。采用CMOS工艺中干法离子刻蚀工艺时，氧化层和多晶硅可以形成很高的刻蚀选择比。刻蚀所述窗口牺牲层1061上方的氧化层时，选择氧化层/多晶硅有高选择比的刻蚀气体(包括CF4和/或CHF3)和刻蚀工艺，刻蚀掉所述窗口牺牲层1061上方的氧化层，刻蚀停止在所述窗口牺牲层1061，该刻蚀过程会形成对所述窗口牺牲层1061一定的刻蚀量。
步骤S32：如图21所示，基于所述离子注入窗口K去除所述窗口牺牲层1061。
其中，刻蚀去除所述窗口牺牲层1061时，选择多晶硅/择氧化层有高选择比的刻蚀气体(包括HBr)和刻蚀工艺，刻蚀掉残余的所述窗口牺牲层1061。
步骤S33：如图22所示，去除所述窗口牺牲层1061后，基于所述离子注入窗口K，进行离子注入，以对所述离子注入窗口K下方的所述有源结构进行掺杂。
本申请技术方案通过第一多晶硅层106形成离子注入窗口K，以便于完成对SOI波导结构中有源结构离子注入的工艺集成方案。
其中，所述光探测组件包括MZM(马赫曾德尔)型光电调制器1022。所述光探测组件包括：可见光探测器1023和红外光探测器1024。图22中为了便于图示，将可见光探测器1023与MZM型光电调制器1022基于同一波导结构示出，显然可以基于第一功能层中波导结构布局需求布局探测器和调制器的位置，不局限于图22所示方式。
可见光探测器1023包括硅PN结感光二极管和/或硅雪崩光电二极管(APD)。红外光探测器1024可以为Ge光电二极管(PD)。
基于所述离子注入窗口K，进行离子注入时，对位于离子注入窗口K下方的MZM型光电调制器1022、可见光探测器1023和红外光探测器1024各自对应的有源结构进行离子注入，以实现对应有源结构的掺杂。
本申请技术方案中，能够复用第一多晶硅层106作为形成离子注入窗口K时刻蚀阻挡层绝缘层的刻蚀阻挡层，保证刻蚀质量。利用氧化层和多晶硅可以形成很高的刻蚀选择比，通过干法离子依次刻蚀去除窗口牺牲层1061上方的氧化层和窗口牺牲层1061，能够准确控制刻蚀停止位置，保证刻蚀质量。
基于所述离子注入窗口K，完成离子注入后，所述制作方法还包括：形成红外光探测器1024的外延生长层。具体的，先如图23所示，图形化红外光探测器1024掺杂后的有源结构，在红外光探测器1024掺杂后的有源结构上形成凹槽C，再如图24所示，在凹槽C内形成红外光探测器1024的外延生长层114。红外光探测器1024可以为Ge光电二极管时，其外延生长层为Ge层。在形成凹槽C前，先在离子注入窗口底部露出的第二绝缘层103表面沉积一层氧化层，该氧化层的厚度为10nm-300nm，增大红外光探测器1024的有源结构上方绝缘层的厚度，避免凹槽C外部外延生长层114向下扩散对下方SOI波导结构产生影响。
形成红外光探测器1024的外延生长层114后，形成填充离子注入窗口K的氧化层，该氧化层覆盖离子注入窗口K外部的绝缘层(上述氧化层113)，然后通过CMP工艺对芯片表面氧化层进行平坦化处理。
完成离子注入窗口K填充以及平坦化处理后，形成芯片的多层金属层互联。具体的，所述第一功能层背离所述半导体衬底的一侧具有绝缘层，所述第二功能层位于两层绝缘层之间；如图25所示，所述制作方法还包括：形成第一布线层116和第二布线层117。其中，所述第一布线层116位于相邻两层绝缘层之间，包括多条第一信号线；所述光探测组件以及所述光调制组件分别通过通孔与对应的所述第一信号线116连接；所述第二布线层117位于顶部绝缘层115背离所述第二功能层的一侧表面，包括多条第二信号线；所述第二信号线通过通孔与所述第一信号线连接，所述第二信号线用于连接外部电路。
所述第一功能层背离所述半导体衬底的一侧具有多层绝缘层，可以基于布线需求，设置第一布线层116的处于任意两层绝缘层之间。可以通过CMOS和硅光芯片的相关工艺实现芯片的多层金属层互联，本申请实施例不再赘述。
本申请实施例中，如图25所示，所述第一功能层与所述第二功能层之间具有图形化的第一多晶硅层106，所述第一多晶硅层106包括：第一耦合牺牲层1063；所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有第二耦合牺牲层，第二多晶硅层112包括第二耦合牺牲层1121；所述第二耦合牺牲层1121背离所述第二功能层的一侧具有顶部绝缘层115。基于此，所述光源组件与所述传输组件耦合的方法包括：
首先，如图26所示，基于所述第一耦合牺牲层1063形成第一沟槽118，去除所述第一耦合牺牲层1063，所述第一沟槽118位于所述第一波导上方，所述第一沟槽118用于固定第一光源芯片119。通过光刻和干法刻蚀掉第一耦合牺牲层1063上方的氧化层，而后采用采用多晶硅/氧化层高选择比的干法刻蚀工艺刻蚀掉剩余第一耦合牺牲层1063，形成第一沟槽118的过程上述形成离子注入窗口K的工艺过程原理相同，在此不再赘述。形成所述第一沟槽118后，在第一沟槽118中，采用晶片间键合工艺(die-to-wafer bonding)绑定第一光源芯片119，将其固定在第一沟槽118中，将光源芯片与波导耦合。例如可见光光源芯片通过晶片间键合工艺固定在SOI晶圆上开好的第二沟槽120内后，将可见光光源通过对接头(butt-Coupling)端面耦合或倏逝波耦合(evanescent-field coupling)进入SiN波导，并通过SiN波导传输至芯片中光调制组件进行处理，形成所需要的特征波长光源，然后通过SiN边缘耦合器传输至出光口结构导出。第一多晶硅层106下方的SOI波导结构可以起到散热的作用，增强可见光光源芯片的热可靠性。
再如图27所示，基于所述第二耦合牺牲层1121形成第二沟槽120，去除所述第二耦合牺牲层1121，所述第二沟槽120位于所述第二波导上方，用于固定所述第二光源芯片121。该过程与形成第一沟槽118的原理相同，本申请实施例不再赘述。
同样，采用晶片间键合工艺的集成方式，绑定第二光源芯片121，将其固定在第二沟槽120中，将光源芯片与波导耦合。例如InP红外光芯片、或GaSb中红外光源芯片，通过晶片间键合工艺固定在SOI晶圆上开好的第二沟槽结构120内后，将红外光通过对接头端面耦合或倏逝波耦合耦合进入SiN波导或是SOI波导，经过SiN波导和SOI波导及调制器等光学部件的处理，形成所需要的特征波长光源；特别的，例如形成特征波长的光频梳信号，然后通过SiN边缘耦合器从光口结构导出，经由外部光学微透镜等光学元件后照射进入生物样本或人体皮肤。红外光光源芯片采用相同方案集成，以增强对特定波段的光谱探测性能。其中，通过光调制组件将光源芯片出射光线转换为成特征波长的光频梳信号，基于目标对特征波段的吸收光谱确定所需生物参数。
其中，所述第一光源芯片119与所述第二光源芯片120的发光波段不同。鉴于单晶硅的第一波导能够传输红外光，设置所述第一光源芯片119为红外光光源芯片，鉴于氮化硅的第二波导能够传输可见光以及红外光，设置第二光源芯片121为可见光光源芯片。可见光光源芯片包括可见光LD和/或或VCSEL芯片。红外光光源芯片包括III-V族或GaSb的探测器芯片。
本申请实施例中，可见光光源芯片能出射全光谱的可见光，以实现可见光全光谱下的生物参数检测。红外光光源芯片出射的红外光包括远红外、近红外和中红外波段中的一种或是多种，以实现红外波段的生物参数检测。本申请实施例中所述集成芯片不局限于血糖参数检测，还可以基于检测光的光谱分析，如对特征波的吸收，确定生物体成分，如脂肪、蛋白质等物质成分占比。
如图27所示，所述第一功能层还包括光栅1025；所述第二功能层背离所述第二功能层的一侧具有顶部绝缘层115；所述顶部绝缘层115表面与所述光栅1025相对的区域还能够设置扩展光源部件，从而能够实现所述集成芯片后续检测光波段的扩展。
基于上述实施例，本申请另一实施例还提供了一种可用于非侵血糖检测的集成芯片，可以采用上述实施例所述制作方法制作所述集成芯片，如图28所示，图28为本申请实施例提供的一种可用于非侵血糖检测的集成芯片的结构示意图，所述集成芯片包括：
半导体衬底100；
位于所述半导体衬底100表面的第一绝缘层101；
位于所述第一绝缘层101背离所述半导体衬底100一侧表面的第一功能层，所述第一功能层包括：光调制组件、第一波导以及光探测组件；如上述可以基于第一膜层102制备该第一功能层；
位于所述第一功能层背离所述半导体衬底100一侧的第二功能层，所述第二功能层包括：第二波导；如上述，可以基于第二膜层110制备该第二功能层；
与光传输组件耦合的光源组件；
其中，所述光调制组件以及所述光探测组件均包括经过掺杂的有源结构；所述光源组件包括：多个发光波段不同的光源芯片；所述光探测组件包括：多个用于探测不同波段的探测器；所述半导体衬底具有用于出射检测光以及采集被反射检测光的出光口结构122。可以基于光传输组件对芯片内传输光路的布局，设置出光口结构122，故出光口结构122不局限于图28中所示布局位置。
可选的，所述光源组件包括：可见光光源芯片和红外光光源芯片；所述光探测组件包括：可见光探测器和红外光探测器，故所述集成芯片能够实现可见光波段的生物参数检测和红外光波段的生物参数检测。
可选的，所述光调制组件包括：MOS电容型光电调制器1021；所述第一功能层与所述第二功能层之间具有第一多晶硅层106，所述第一多晶硅层106包括所述MOS电容型光电调制器的栅极1062。而且如上述实施例描述，所述第一多晶硅层106还用于形成所述第一功能层中有源结构的离子注入窗口。
所述合集成芯片中，所述光调制组件还包括：MZM型光电调制器1022。故所述合集成芯片可以选择通过MOS电容型光电调制器1021与MZM型光电调制器1022中的一个或是多个进行特征波调制。
所述合集成芯片中，所述第一功能层为单晶硅层，所述第一波导为硅波导，能够传输红外光；所述第二功能层为氮化硅层，所述第二波导为氮化硅波导，能够传输红外光以及可见光。
本申请实施例中，所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有顶部绝缘层115，所述顶部绝缘层115表面具有第一沟槽118和第二沟槽120；所述第一沟槽118用于固定第一光源芯片119，所述第一光源芯片119与所述第一沟槽118下方的所述第一波导耦合；所述第二沟槽120用于固定所述第二光源芯片121，所述第二光源芯片121与所述第二沟槽120下方的所述第二波导耦合。
本申请实施例中，所述第一功能层还包括光栅1025；所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有顶部绝缘层115；所述顶部绝缘层115表面与所述光栅1025相对的区域还能够设置扩展光源部件，从而能够实现所述集成芯片后续检测光波段的扩展。
所述合集成芯片中，所述第一功能层背离所述半导体衬底的一侧具有多层绝缘层，所述第二功能层位于两层所述绝缘层之间；
所述集成芯片还包括第一布线层116和第二布线层117；所述第一布线层116位于相邻两层所述绝缘层之间，包括多条第一信号线；所述光探测组件以及所述光调制组件分别通过通孔与对应的所述第一信号线连接；所述第二布线层117位于最外层所述绝缘层背离所述第二功能层的一侧表面，包括多条第二信号线；所述第二信号线通过通孔与所述第一信号线连接，所述第二信号线用于连接外部电路。
所述集成芯片能够覆盖从可见光到近红外光及中红外光，以及可以扩展到太赫兹波长，基于检测光线穿透人体特定部位组织时的衰减程度推断血糖水平等生物参数。
所述集成芯片为单片混合集成芯片方案，采用通用的CMOS工艺平台和典型的光芯片结构及工艺，可以将可见光分析(Vis)，近红外/红外光谱分析(NIR/IR)，中红外(MIR)等各波段的半导体发光芯片以及探测组件都集成在同一SOI晶圆上，从而构造一种可用于非侵血糖检测的SOI-SiN-InP-GaSb单片混合集成芯片。
所述集成芯片的一种重要的应用是，可以和电芯片及各种光学元件集成封装后，实现人体血糖的无损检测。人体的血糖水平在特定的部位是稳定的，特定的糖基化物对特定波长近红外光的吸收率是不同的，通过发射和接收衰减后的可见光/近红外光/红外光/中红外光等宽波段的光谱吸收分析，可以推知人体的血糖水平。本申请技术方案考虑到要将可见光分析(Vis)、近红外/红外光谱分析(NIR/IR)、中红外(MIR)等各波段的半导体发光芯片及探测芯片都装进一个体积受限的可穿戴设备里，需要保持小的体积和功耗，从而提出了一种真正可以单芯片集成的方案，及单片混合集成的芯片结构，基于SOI晶圆的单片混合集成工艺实现方法，从而实现了多波段光谱分析单芯片片上集成，缩小了人体血糖无损检测仪的体积，降低了成本，使其在医院、社区和家居环境都可以使用。
基于上述实施例所述集成芯片，本申请另一实施例还提供了一种穿戴设备，如图29所示，图29为本申请实施例提供的一种穿戴设备的结构示意图，所示穿戴设备包括：
电路板23，所述电路板23连接有电芯片22；
上述实施例所述的集成芯片21，所述集成芯片21固定在所述电路板23上，与所述电芯片22连接；所述集成芯片21与所述电芯片22通过所述电路板23中的电路实现电连接。
其中，所述电芯片22用于基于所述光探测组件探测光信号生成的检测信号，确定探测目标的生物特征参数，所述生物特征参数至少包括血糖参数。所述穿戴设备包括但不局限于为智能手环、智能手表等。图29中，实现箭头表示集成芯片21反射的检测光线，虚线箭头表示集成芯片21采集的探测目标返回的光线。
可以采用各种具有逻辑控制和分析功能的所述电芯片22，所述点芯片包括：TIA(跨阻放大器)芯片、A/D(模数)转换芯片、DSP(数字处理数值分析)芯片以及通信芯片等。
所述集成芯片21发射的检测光照射到探测目标(如人体组织)后，能够收集探测目标返回的检测光，包括探测目标反射、散射及透射光任一种返回的检测光。在通过光探测组件中感光芯片进行吸收光谱的分析和探测，将采集的检测光的特征光谱信息转换成相应的电信号；TIA芯片用于对这些特征光谱的电信号进行放大，及滤除噪声；A/D转换芯片用于将放大后的电信号转换成数字信号；DSP芯片用于对成数字信号进行分析处理得生物参数；通信芯片用于实现穿戴设备和外界设备的通信。
其中，电芯片22中各个芯片可以通过玻璃或是硅基转接板实现2.5D或3D封装，和一些光学元件如反射镜24和微透镜25等，一起封装成小型标准模块；从而实现设备的小型化，保持小的体积和功耗，实现在健康手环或手表等可穿戴化需求的应用。
对于从探测目标返回的光，通过探测目标镜聚焦和反射镜24反射，进入集成的光芯片21，通过集成芯片内的波长调制和解耦处理，如阵列波导光栅(AWG)等光芯片典型部件，处理后成为分立的各单波长的信号，进而集成芯片内的光探测组件，例如硅PN结探测二极管、或硅APD二极管、或者Ge PD等探测分析其各个波长的光强数据，最后通过电芯片22分析得出能够表征所需生物参数的吸收光谱数据。
常规穿戴设备中，一般通过LED将光线照射到您的皮肤上，监测返回的散射光以测量脉搏甚至血氧水平。但这些穿戴设备中传感器不是医疗级的，仅能够在可见光波段的光谱分析检测，检测精度低。如果将可见光的LED和探测芯片，红外光的发射芯片和探测芯片，中红外的发射芯片及探测芯片，采用单独的工艺制作成分离的芯片，各自封装成单独的光路，虽然能够增加检测光谱范围，但是芯片系统复杂，体积较大，难以实现小型化和可穿戴集成。要将可见光分析(Vis)，近红外/红外光谱分析(NIR/IR)，中红外(MIR)等各波段的半导体发光芯片及探测芯片都装进一个体积受限的可穿戴手环或手表里，还保持小的体积和功耗，非常困难。
本申请实施例所述集成芯片可以作为高精度的光传感器，还可以作为可见光和红外的光谱分析分光光度计，可以无创探测皮肤下方，对血液等成分进行分析，从而监测更多人体指标，可供分析的光谱范围广，检测分析结果准确性高。将多个光源组件以及光探测组件集成在同一半导体芯片中，实现了微型化，可以集成到可穿戴手环以及手表中，可以随时随地全天监控血糖等生物特征数据。本申请实施例所述穿戴设备，可以实现持续的、非侵入性的监测多模式生物参数检测，如乳酸、葡萄糖、水合作用、血压和核心体温等。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
需要说明的是，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (18)

1.一种制作方法，用于制备可用于非侵血糖检测的集成芯片，其特征在于，所述制作方法包括：
提供半导体衬底，所半导体衬底表面具有第一绝缘层以及位于所述第一绝缘层背离所述半导体衬底一侧表面的第一膜层；
图形化所述第一膜层，形成第一功能层，所述第一功能层包括：光调制组件、第一波导以及光探测组件；
在所述第一膜层背离所述半导衬底的一侧形成第二功能层，所述第二功能层包括：第二波导；
形成与光传输组件耦合的光源组件，所述光传输组件包括所述第一波导以及所述第二波导；
其中，所述光调制组件以及所述光探测组件均包括经过掺杂的有源结构；所述光源组件包括：多个发光波段不同的光源芯片；所述光探测组件包括：多个用于探测不同波段的探测器；所述半导体衬底具有用于出射检测光以及采集被反射检测光的出光口结构。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成所述第一功能层的方法包括：
在所述第一膜层背离所述半导体衬底的一侧表面依次形成第二绝缘层和第三绝缘层；
图形化所述第二绝缘层和所述第三绝缘层；
基于图形化的所述第二绝缘层和所述第三绝缘层，对所述第一膜层进行刻蚀，形成所述第一功能层；其中，所述第一功能层包括多个刻蚀深度不同的波导结构，以形成所述第一波导、所述光调制组件以及所述光探测组件；
在所述第一绝缘层背离所述半导体衬底的一侧形成平坦化的第四绝缘层，所述第四绝缘层覆盖所述第一功能层。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述光探测组件包括MOS电容型光电调制器；
在形成所述第二功能层前，还包括：
去除所述第三绝缘层，露出所述第二绝缘层；
对所述MOS电容型光电调制器的有源结构进行掺杂。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一功能层背离所述半导体衬底一侧的表面具有第二绝缘层；
形成所述第二功能层的方法包括：
在所述第二绝缘层背离所述第一功能层的一侧表面形成图形化的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括：窗口牺牲层；
在所述第一多晶硅层背离所述第一功能层的一侧依次形成第五绝缘层和第二膜层；
图形化所述第二膜层，形成所述第二功能层；
其中，所述窗口牺牲层用于形成所述第一功能层中所述有源结构的离子注入窗口。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述光探测组件包括MOS电容型光电调制器；
所述第一多晶硅层还包括所述MOS电容型光电调制器的栅极。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一功能层与所述第二功能层之间具有图形化的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括：窗口牺牲层；
形成所述有源结构的方法包括：
在所述窗口牺牲层背离所述第一功能层的绝缘层中形成离子注入窗口，所述离子注入窗口露出所述窗口牺牲层；
基于所述离子注入窗口去除所述窗口牺牲层；
去除所述窗口牺牲层后，基于所述离子注入窗口，进行离子注入，以对所述离子注入窗口下方的所述有源结构进行掺杂。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一功能层与所述第二功能层之间具有图形化的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括：第一耦合牺牲层；所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有第二耦合牺牲层；所述第二耦合牺牲层背离所述第二功能层的一侧具有顶部绝缘层；
所述光源组件与所述传输组件耦合的方法包括：
基于所述第一耦合牺牲层形成第一沟槽，去除所述第一耦合牺牲层，所述第一沟槽位于所述第一波导上方，用于固定第一光源芯片；
基于所述第二耦合牺牲层形成第二沟槽，去除所述第二耦合牺牲层，所述第二沟槽位于所述第二波导上方，用于固定所述第二光源芯片；
其中，所述第一光源芯片与所述第二光源芯片的发光波段不同。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一功能层还包括光栅；所述第二功能层背离所述第二功能层的一侧具有顶部绝缘层；所述顶部绝缘层表面与所述光栅相对的区域还能够设置扩展光源部件。
9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一功能层背离所述半导体衬底的一侧具有绝缘层，所述第二功能层位于两层绝缘层之间；
所述制作方法还包括：形成第一布线层和第二布线层；
其中，所述第一布线层位于相邻两层绝缘层之间，包括多条第一信号线；所述光探测组件以及所述光调制组件分别通过通孔与对应的所述第一信号线连接；所述第二布线层位于顶部绝缘层背离所述第二功能层的一侧表面，包括多条第二信号线；所述第二信号线通过通孔与所述第一信号线连接，所述第二信号线用于连接外部电路。
10.一种可用于非侵血糖检测的集成芯片，其特征在于，包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底表面的第一绝缘层；
位于所述第一绝缘层背离所述半导体衬底一侧表面的第一功能层，所述第一功能层包括：光调制组件、第一波导以及光探测组件；
位于所述第一功能层背离所述半导体衬底一侧的第二功能层，所述第二功能层包括：第二波导；
与光传输组件耦合的光源组件；
其中，所述光调制组件以及所述光探测组件均包括经过掺杂的有源结构；所述光源组件包括：多个发光波段不同的光源芯片；所述光探测组件包括：多个用于探测不同波段的探测器；所述半导体衬底具有用于出射检测光以及采集被反射检测光的出光口结构。
11.根据权利要求10所述的集成芯片，其特征在于，所述光源组件包括：可见光光源芯片和红外光光源芯片；所述光探测组件包括：可见光探测器和红外光探测器。
12.根据权利要求10所述的集成芯片，其特征在于，所述光调制组件包括：MOS电容型光电调制器；
所述第一功能层与所述第二功能层之间具有第一多晶硅层，所述第一多晶硅层包括所述MOS电容型光电调制器的栅极；
其中，所述第一多晶硅层还用于形成所述第一功能层中有源结构的离子注入窗口。
13.根据权利要求12所述的集成芯片，其特征在于，所述光调制组件还包括：MZM型光电调制器。
14.根据权利要求10所述的集成芯片，其特征在于，所述第一功能层为单晶硅层，所述第一波导为硅波导；
所述第二功能层为氮化硅层，所述第二波导为氮化硅波导。
15.根据权利要求10所述的集成芯片，其特征在于，所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有顶部绝缘层，所述顶部绝缘层表面具有第一沟槽和第二沟槽；所述第一沟槽用于固定第一光源芯片，所述第一光源芯片与所述第一沟槽下方的所述第一波导耦合；所述第二沟槽用于固定所述第二光源芯片，所述第二光源芯片与所述第二沟槽下方的所述第二波导耦合。
16.根据权利要求10所述的集成芯片，其特征在于，所述第一功能层还包括光栅；所述第二功能层背离所述第一功能层的一侧具有顶部绝缘层；所述光源组件设置在所述顶部绝缘层；所述顶部绝缘层表面与所述光栅相对的区域还能够设置扩展光源部件。
17.根据权利要求10所述的集成芯片，其特征在于，所述第一功能层背离所述半导体衬底的一侧具有多层绝缘层，所述第二功能层位于两层所述绝缘层之间；
所述集成芯片还包括第一布线层和第二布线层；所述第一布线层位于相邻两层所述绝缘层之间，包括多条第一信号线；所述光探测组件以及所述光调制组件分别通过通孔与对应的所述第一信号线连接；所述第二布线层位于最外层所述绝缘层背离所述第二功能层的一侧表面，包括多条第二信号线；所述第二信号线通过通孔与所述第一信号线连接，所述第二信号线用于连接外部电路。
18.一种穿戴设备，其特征在于，包括：
电路板，所述电路板连接有电芯片；
如权利要求10-17任一项所述的集成芯片，所述集成芯片固定在所述电路板上，与所述电芯片连接；
其中，所述电芯片用于基于所述光探测组件探测光信号生成的检测信号，确定探测目标的生物特征参数，所述生物特征参数至少包括血糖参数。
CN202210060747.0A 2022-01-19 2022-01-19 可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备 Pending CN114242845A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210060747.0A CN114242845A (zh) 2022-01-19 2022-01-19 可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210060747.0A CN114242845A (zh) 2022-01-19 2022-01-19 可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114242845A true CN114242845A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80746871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210060747.0A Pending CN114242845A (zh) 2022-01-19 2022-01-19 可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114242845A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI806869B (zh) 用於即時監測血液組成濃度之可調式混合iii-v/ iv雷射感測器系統晶片，及其製造方法與使用方法
US7920267B2 (en) Micro integrated planar optical waveguide type SPR sensor
JP2020520768A5 (zh)
KR102355831B1 (ko) 자가-테스트 기능성을 가진 수직 입사 광검출기
CA3161270A1 (en) Optical sensing module
US7764374B2 (en) On-chip spectroscopy
US9702738B2 (en) Apparatus for measuring mechanical measurands with optical sensor
US7880882B2 (en) Multi-wavelength light source for spectroscopy
CN107532967A (zh) 光学器件的晶片级测试
EP2634562A1 (en) Fluorescence sensor
US11766216B2 (en) Optical sensing module
US11109781B2 (en) Arrayed waveguide grating (AWG)-based Raman spectroscopy for glucose monitoring
CN217468460U (zh) 可用于非侵血糖检测的集成芯片及穿戴设备
US20230225643A1 (en) Architecture of a photonic integrated circuit (pic) and method for operating the same as well as an optical coupler
CN114242845A (zh) 可用于非侵血糖检测的集成芯片及其制作方法及穿戴设备
Pham et al. Post processing of a SiN y-based photonic stack above a CMOS imager sensor
KR100858217B1 (ko) 양방향 통신용 광모듈 패키지
JP2023104300A (ja) 光センシング回路及び光センシング方法
CN117677875A (zh) 发射器光子集成电路
Zimmermann et al. Integrated Optics
Aarnio et al. Integrated optical coupling element on silicon substrate

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yuan Jun

Inventor before: Yuan Jun

Inventor before: Ding Qichao

SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination