本發(fā)明涉及一種神經(jīng)刺激電極及其制造方法，屬于生物醫(yī)學設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

植入式神經(jīng)刺激器在醫(yī)學上有著廣泛的應(yīng)用，如人工耳蝸、人工視覺恢復(fù)、腦深部電刺激系統(tǒng)等。微電極作為揭示神經(jīng)系統(tǒng)工作機理、治療神經(jīng)疾病等方面的重要工具，越來越受到人們廣泛的關(guān)注，已成為當前重要的研究方向。

人們對微電極的應(yīng)用，通常是將微電極植入動物或者患者體內(nèi)，通過加載電信號來刺激或抑制神經(jīng)活動，或者利用微電極將神經(jīng)活動轉(zhuǎn)換為電信號記錄下來加以研究。由于作用目標的不同，各種基于微加工技術(shù)制作的微電極陣列得到了發(fā)展。其中，高密度、有序排列的三維微電極陣列可植入神經(jīng)組織內(nèi)，實現(xiàn)高密度的選擇性刺激與記錄，具有良好的應(yīng)用前景。

當前，神經(jīng)刺激器的微電極多采用柔性襯底的mems技術(shù)制作，再與刺激芯片通過導(dǎo)線連接，而當制作高密度微電極陣列時，隨著刺激點數(shù)量的增加，連接微電極陣列內(nèi)刺激點導(dǎo)線的數(shù)量不斷上升，會導(dǎo)致布線寬度變大，手術(shù)植入開口需要增大，創(chuàng)傷面大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為克服上述問題，提供一種可實現(xiàn)超高密度的神經(jīng)刺激電極及其制造方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種神經(jīng)刺激電極制造方法，包括以下步驟：

s1：對半導(dǎo)體襯底進行擴散摻雜處理，使其正背面良性導(dǎo)通；

s2：然后在所述半導(dǎo)體襯底的正面刻蝕出電極陣列結(jié)構(gòu)；

s3：向所述電極陣列結(jié)構(gòu)的溝槽內(nèi)填充玻璃；

s4：再將所述半導(dǎo)體襯底的正面與一襯片鍵合；

s5：接著對所述半導(dǎo)體襯底的背面進行減薄，直至完全露出所述電極陣列結(jié)構(gòu)中的玻璃下表面為止；

s6：再對所述半導(dǎo)體襯底的背面進行金屬電極圖形化；

s7：最終將所述半導(dǎo)體襯底與襯片剝離，形成神經(jīng)刺激電極。

優(yōu)選地，在步驟s1中，所述半導(dǎo)體襯底通過p或b擴散摻雜使其正背面良性導(dǎo)通，所述電極陣列結(jié)構(gòu)整體可均勻間隔設(shè)置、不規(guī)則排布或兩者結(jié)合。

優(yōu)選地，所述步驟s2具體為：在所述半導(dǎo)體襯底的正面旋涂光刻膠層，再通過曝光和顯影工藝形成電極陣列圖形，接著對所述電極陣列圖形進行深槽刻蝕，形成電極陣列結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述步驟s3具體為：在所述半導(dǎo)體襯底正面，通過絲網(wǎng)印刷或sog涂布工藝在電極陣列結(jié)構(gòu)間的溝槽中填充玻璃。

優(yōu)選地，在所述步驟3中，玻璃填充后，通過氫氟酸漂洗工藝對所述玻璃進行刻蝕處理，露出電極陣列結(jié)構(gòu)中的凸出刺激電極。

優(yōu)選地，還可對所述凸出刺激電極進行邊角圓滑處理，所述邊角圓滑處理具體為：通過cf4/o2混合氣體各向同性刻蝕一定時間；再對所述凸出刺激電極表面進行電鍍或濺射生物相容性金屬處理。

優(yōu)選地，所述步驟s4具體為：在所述半導(dǎo)體襯底與襯片上的結(jié)合面的其中一面或兩面形成粘合層，將所述半導(dǎo)體襯底和所屬襯片粘合在一起。

優(yōu)選地，所述步驟s6具體為：對所述半導(dǎo)體襯底的背面進行金屬濺射形成金屬表面，在所述金屬表面旋涂光刻膠，并通過曝光和顯影工藝打開所需去除區(qū)域，通過濕法腐蝕或干法刻蝕工藝去除金屬層，并去除表面光刻膠，形成金屬電極。

優(yōu)選地，所述步驟s6還可為：對所述半導(dǎo)體襯底的背面進行旋涂負性光刻膠或反轉(zhuǎn)膠，曝光顯影形成倒角結(jié)構(gòu)，然后濺射金屬形成金屬表面，再采用化學液剝離的方法，形成金屬電極。

優(yōu)選地，所述步驟s7具體為：對所述半導(dǎo)體襯底進行加熱處理，將襯片與所述半導(dǎo)體襯底分離，加熱時的溫度范圍為150～300℃。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底，其厚度為100～1000μm。

一種以上所述神經(jīng)刺激電極制造方法制造的神經(jīng)刺激電極，包括電極陣列結(jié)構(gòu)，所述電極陣列結(jié)構(gòu)包括陣列分布的電極襯底，每個所述電極襯底的正面設(shè)置有凸出刺激電極，每個所述電極襯底背面形成金屬電極，所述電極襯底之間填充玻璃固定及絕緣。

優(yōu)選地，所述電極陣列結(jié)構(gòu)整體可均勻間隔陣列設(shè)置、不規(guī)則陣列排布或兩者結(jié)合。

優(yōu)選地，所述電極陣列結(jié)構(gòu)中的電極襯底橫截面可以為圓形、方形或多邊形。

優(yōu)選地，所述電極陣列結(jié)構(gòu)中的電極襯底可為硅電極襯底、鍺硅電極襯底或ⅲ-ⅴ族元素化合物電極襯底。

優(yōu)選地，所述電極襯底的高度為100～500μm

優(yōu)選地，所述金屬電極的厚度是0.1～10μm

優(yōu)選地，所述凸出刺激電極高度為0～500μm。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用在成型電極陣列結(jié)構(gòu)時采用硅基mems技術(shù)，可形成高密度電極陣列且電極形狀可任意設(shè)計成圓形，方形，三角等所需圖案，并在半導(dǎo)體襯底的背面進行金屬電極圖形化制作金屬電極焊點，可與刺激芯片實現(xiàn)倒裝焊連接，避免了柔性電極陣列隨著電極陣列密度增加，與刺激芯片所需連接線大量增加的弊端，另本發(fā)明還可實現(xiàn)晶圓化大批量生產(chǎn)，并大幅度降低生產(chǎn)成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是本發(fā)明一實施例的一單元20×20電極陣列平面示意圖；

圖2(b)是本發(fā)明一實施例的邊緣疏中間密的電極陣列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(c)是本發(fā)明一實施例的多種電極圖案的電極陣列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一實施例中形成電極陣列結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例中電極陣列結(jié)構(gòu)的溝槽填充玻璃后的示意圖；

圖5是本發(fā)明一實施例中半導(dǎo)體襯底與襯片鍵合后的示意圖；

圖6是本發(fā)明一實施例中半導(dǎo)體襯底背面減薄后的示意圖；

圖7是本發(fā)明一實施例中剝離后的神經(jīng)刺激電極示意圖；

圖8是本發(fā)明一實施例的流程圖。

圖中標記：1-金屬電極，2-玻璃，3-半導(dǎo)體襯底，4-凸出刺激電極，5-電極陣列結(jié)構(gòu)，6-襯片，7-粘附層，8-溝槽，51-電極襯底。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

實施例1

如圖1所示的本發(fā)明所述一種神經(jīng)刺激電極制造方法，參見圖8所示，包括如下步驟：

s1：對半導(dǎo)體襯底3進行擴散摻雜處理，使其正背面良性導(dǎo)通；如圖1所示，首先，提供一完成前道工藝的半導(dǎo)體襯底3。其中，所述半導(dǎo)體襯底3可以是硅襯底、鍺硅襯底、ⅲ-ⅴ族元素化合物襯底，也可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本實施例中采用的是硅襯底，對所述硅襯底進行摻雜處理，摻雜方式可以是通過pocl3、ph3、bcl3或bf3液態(tài)或氣態(tài)源高溫擴散工藝，對所述襯底摻雜，保證襯底正背面良性導(dǎo)通。

s2：然后在所述半導(dǎo)體襯底3的正面刻蝕出均勻分布的電極陣列結(jié)構(gòu)5；所述電極陣列結(jié)構(gòu)5整體可均勻間隔設(shè)置、不規(guī)則排布或兩者結(jié)合，分別如圖2(a)和圖2(b)所示，圖2(a)中為均勻間隔設(shè)置的，圖2(b)中為中間為方形的均勻間隔設(shè)置，四周為放射狀不規(guī)則設(shè)置，電極陣列結(jié)構(gòu)5中的單個電極形狀可為圓形、方形、三角形或其他多邊形形狀，如圖2(c)中出現(xiàn)的多種形狀，具體設(shè)置時根據(jù)實際的需要進行設(shè)計，本實施例中，如圖2所示，在半導(dǎo)體襯底3上通過勻膠、曝光和顯影的工藝形成20×20的電極陣列圖形，所述的單元陣列為晶圓中一單元芯片。如圖3所示，再利用深槽刻蝕工藝形成硅電極陣列結(jié)構(gòu)5，該硅電極陣列結(jié)構(gòu)5的硅柱高度為100～500μm，具體根據(jù)實際需要進行選擇。

s3：向所述電極陣列結(jié)構(gòu)5的溝槽8內(nèi)填充不高于電極陣列結(jié)構(gòu)5的玻璃2；如圖4所示，在半導(dǎo)體襯底3上利用sog等玻璃2前驅(qū)體涂布工藝，在溝槽8內(nèi)填充涂布液，并在爐管中熱處理，形成玻璃2；通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在溝槽8內(nèi)填充玻璃2漿料，并進行玻璃2熔融處理，形成固態(tài)玻璃2，需要注意的是，涂布液在旋涂過程中可能剛好填滿溝槽8，可能超過或低于溝槽8高度。因此需要通過進一步的hf酸漂洗工藝處理玻璃2表面，并借助臺階測試儀形成所需的硅凸出刺激電極4，在本實施例中硅凸出刺激電極4高度為0～500μm，具體根據(jù)需要選擇其高度。

s4：再將所述半導(dǎo)體襯底3的正面與一襯片6鍵合；如圖5所示，在一襯片6的正面旋涂粘附層7，所述粘附層7可以是膠水，熱玻璃2膠等粘性物質(zhì)。將半導(dǎo)體襯片6的正面與旋涂有粘附層7的襯片6鍵合在一起。

s5：接著對所述半導(dǎo)體襯底3的背面進行減薄，直至完全露出所述電極陣列結(jié)構(gòu)5中的玻璃2下表面為止；如圖6所示，對半導(dǎo)體襯底3背面進行減薄，為了得到較高的加工效率，在減薄時可選用目數(shù)較小的磨盤進行粗磨；需要注意的是，當磨到接近玻璃2界面時，需要更換目數(shù)較大的磨盤進行細磨，一方面可得到平整度和光滑度較高的平面，便于后續(xù)背面工藝，另一方面可避免較粗磨盤對結(jié)構(gòu)的破壞。

s6：再對所述半導(dǎo)體襯底3的背面進行金屬電極圖形化；如圖7所示，對半導(dǎo)體襯底3進行金屬電極圖形化處理，首先，在背面濺射一層金屬，再在表面旋涂光刻膠，再進行曝光和顯影處理，形成與硅電極陣列結(jié)構(gòu)5一一對應(yīng)的金屬電極1，再通過干法刻蝕或濕法腐蝕的方法形成金屬電極1。濺射采用的金屬可以是鈦或金等，優(yōu)選的金屬層的厚度是0.1～10μm，但具體根據(jù)實際需要進行選擇。該金屬電極1可以與刺激芯片的鋁焊點進行倒裝焊連接，同時具有較好的生物相容性。

本實施例還提供背面金屬化的優(yōu)選實施方法，首先在背面旋涂負膠，然后進行曝光和顯影，值得注意的是曝光時需要形成一定的倒角，便于后續(xù)剝離。再在表面濺射一層金屬，最后在剝離液中完成lift-off過程，形成金屬電極1。最后將襯片6與半導(dǎo)體襯底3分離，形成所需的神經(jīng)刺激電極。

s7：最終將所述半導(dǎo)體襯底3與襯片6剝離，形成神經(jīng)刺激電極?？刹捎猛嘶稹⒌蜏丶訜峄蜃贤饧訜岬姆绞?，分離溫度范圍例如為150～300℃，使粘合層粘性降低，襯片6與半導(dǎo)體襯底3分離。本實施例中沒有詳細論述的例如曝光、顯影等加工技術(shù)都采用常用的半導(dǎo)體電極加工技術(shù)，故不進行贅述。

實施例2

在實施例1所述一種神經(jīng)刺激電極制造方法的基礎(chǔ)上，由于生產(chǎn)的刺激電極需要植入人體，需要考刺激電極的生物相容性相容性，因此在本實施例中還提供了提高植入人體中生物和物理相容性的方法，具體的，采用cf4/o2混合氣體對硅凸出刺激電極4各向同性刻蝕一定時間，對硅陣列結(jié)構(gòu)邊角進行圓滑處理，處理后的刺激電極對人體組織的摩擦刺激降低很多；再對半導(dǎo)體襯底3進行生物相容性金屬的電鍍、濺射或其他金屬化方法處理，使硅凸出刺激電極4表面覆蓋一層生物相容性金屬，所述生物相容性金屬可以是鎢、鈦、金、銀、銥、鉭、鈮或鋯，具體根據(jù)使用環(huán)境需要和成本需要進行選擇。

在本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底3為厚度可以選擇的范圍為100～1000μm，在其中最優(yōu)選的范圍是300～700μm，此區(qū)間是具體實施時效果最好的范圍。

實施例3

一種采用以上所述神經(jīng)刺激電極制造方法生產(chǎn)的神經(jīng)刺激電極，如圖7所示，包括陣列分布的電極陣列結(jié)構(gòu)5，所述電極陣列結(jié)構(gòu)包括多個陣列分部的電極襯底51，該電極襯底51是從半導(dǎo)體襯底上成型而來，其材料與半導(dǎo)體襯底材料一致，此陣列可以是均勻分布的陣列，也可以使不均勻分布的陣列，每個所述電極襯底51的正面設(shè)置有凸出刺激電極4，可形成高密度電極陣列，每個所述電極襯底51背面形成金屬電極1，所述金屬電極1可與刺激芯片實現(xiàn)倒裝焊連接，避免了柔性電極陣列隨著電極陣列密度增加，與刺激芯片所需連接線大量增加的弊端，所述電極陣列結(jié)構(gòu)5的電極襯底51之間填充玻璃2固定及絕緣。

本神經(jīng)刺激電極采用在成型電極陣列結(jié)構(gòu)時采用硅基mems技術(shù)，可形成高密度電極陣列且電極形狀可任意設(shè)計成圓形，方形，三角等所需圖案，并在半導(dǎo)體襯底的背面進行金屬電極圖形化制作金屬電極焊點，可與刺激芯片實現(xiàn)倒裝焊連接，與刺激芯片所需連接線少，手術(shù)植入開口小，創(chuàng)傷面相對現(xiàn)有技術(shù)更小，術(shù)后愈合更快。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。