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(xué)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(xué)上有著廣泛的應(yīng)用，如人工耳蝸、人工視覺(jué)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(jī)理、治療神經(jīng)疾病等方面的重要工具，越來(lái)越受到人們廣泛的關(guān)注，已成為當(dāng)前重要的研究方向。

人們對(duì)微電極的應(yīng)用，通常是將微電極植入動(dòng)物或者患者體內(nèi)，通過(guò)加載電信號(hào)來(lái)刺激或抑制神經(jīng)活動(dòng)，或者利用微電極將神經(jīng)活動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)記錄下來(lái)加以研究。由于作用目標(biāo)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(shí)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(dāng)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(guò)導(dǎo)線連接，而當(dāng)制作高密度微電極陣列時(shí)，隨著刺激點(diǎn)數(shù)量的增加，連接微電極陣列內(nèi)刺激點(diǎn)導(dǎo)線的數(shù)量不斷上升，會(huì)導(dǎo)致布線寬度變大，手術(shù)植入開(kāi)口需要增大，創(chuàng)傷面大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為克服上述問(wèn)題，提供一種可實(shí)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(wèn)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(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行擴(kuò)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(duì)所述半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)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(duì)所述半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)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(guò)p或b擴(kuò)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(guò)曝光和顯影工藝形成電極陣列圖形，接著對(duì)所述電極陣列圖形進(jìn)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(guò)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(guò)氫氟酸漂洗工藝對(duì)所述玻璃進(jìn)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(duì)所述凸出刺激電極進(jìn)行邊角圓滑處理，所述邊角圓滑處理具體為：通過(guò)cf4/o2混合氣體各向同性刻蝕一定時(shí)間；再對(duì)所述凸出刺激電極表面進(jìn)行電鍍或?yàn)R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(duì)所述半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)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(guò)曝光和顯影工藝打開(kāi)所需去除區(qū)域，通過(guò)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(duì)所述半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)行旋涂負(fù)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(xué)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(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行加熱處理，將襯片與所述半導(dǎo)體襯底分離，加熱時(shí)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(gè)所述電極襯底的正面設(shè)置有凸出刺激電極，每個(gè)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(shí)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(jì)成圓形，方形，三角等所需圖案，并在半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)行金屬電極圖形化制作金屬電極焊點(diǎn)，可與刺激芯片實(shí)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(shí)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(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明一實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例的流程圖。

圖中標(biāo)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(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)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(shí)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(jiàn)圖8所示，包括如下步驟：

s1：對(duì)半導(dǎo)體襯底3進(jìn)行擴(kuò)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(shí)施例中采用的是硅襯底，對(duì)所述硅襯底進(jìn)行摻雜處理，摻雜方式可以是通過(guò)pocl3、ph3、bcl3或bf3液態(tài)或氣態(tài)源高溫?cái)U(kuò)散工藝，對(duì)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(gè)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(shí)根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，本實(shí)施例中，如圖2所示，在半導(dǎo)體襯底3上通過(guò)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(shí)際需要進(jìn)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(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在溝槽8內(nèi)填充玻璃2漿料，并進(jìn)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(guò)程中可能剛好填滿溝槽8，可能超過(guò)或低于溝槽8高度。因此需要通過(guò)進(jìn)一步的hf酸漂洗工藝處理玻璃2表面，并借助臺(tái)階測(cè)試儀形成所需的硅凸出刺激電極4，在本實(shí)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(duì)所述半導(dǎo)體襯底3的背面進(jìn)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(duì)半導(dǎo)體襯底3背面進(jìn)行減薄，為了得到較高的加工效率，在減薄時(shí)可選用目數(shù)較小的磨盤(pán)進(jìn)行粗磨；需要注意的是，當(dāng)磨到接近玻璃2界面時(shí)，需要更換目數(shù)較大的磨盤(pán)進(jìn)行細(xì)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(pán)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞。

s6：再對(duì)所述半導(dǎo)體襯底3的背面進(jìn)行金屬電極圖形化；如圖7所示，對(duì)半導(dǎo)體襯底3進(jìn)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(jìn)行曝光和顯影處理，形成與硅電極陣列結(jié)構(gòu)5一一對(duì)應(yīng)的金屬電極1，再通過(guò)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(shí)際需要進(jìn)行選擇。該金屬電極1可以與刺激芯片的鋁焊點(diǎn)進(jìn)行倒裝焊連接，同時(shí)具有較好的生物相容性。

本實(shí)施例還提供背面金屬化的優(yōu)選實(shí)施方法，首先在背面旋涂負(fù)膠，然后進(jìn)行曝光和顯影，值得注意的是曝光時(shí)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(guò)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?、低溫加熱或紫外加熱的方式，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(shí)施例中沒(méi)有詳細(xì)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(jìn)行贅述。

實(shí)施例2

在實(shí)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(shí)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(duì)硅凸出刺激電極4各向同性刻蝕一定時(shí)間，對(duì)硅陣列結(jié)構(gòu)邊角進(jìn)行圓滑處理，處理后的刺激電極對(duì)人體組織的摩擦刺激降低很多；再對(duì)半導(dǎo)體襯底3進(jìn)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(jìn)行選擇。

在本實(shí)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(shí)施時(shí)效果最好的范圍。

實(shí)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(gè)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(lái)，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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(jì)成圓形，方形，三角等所需圖案，并在半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)行金屬電極圖形化制作金屬電極焊點(diǎn)，可與刺激芯片實(shí)現(xiàn)倒裝焊連接，與刺激芯片所需連接線少，手術(shù)植入開(kāi)口小，創(chuàng)傷面相對(duì)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(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。