一種硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，包括：制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極；在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片輸入壓焊盤中制作金屬層；在前置放大器芯片表面和壓焊盤中制作絕緣層；對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光；采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容。本發(fā)明有效隔離了電極記錄點(diǎn)與神經(jīng)細(xì)胞接觸時(shí)形成的電極-電解液極化電位與細(xì)胞組織的共模擾動(dòng)，消除了對(duì)前置放大器直流工作點(diǎn)的影響，簡化了前置放大器的設(shè)計(jì)與神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)。
【專利說明】一種硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及用于神經(jīng)信號(hào)記錄的硅神經(jīng)電極混合集成器件制造，特別是一種硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]神經(jīng)電極是神經(jīng)科學(xué)研究、臨床診斷和神經(jīng)義肢及功能恢復(fù)的必要工具和手段，神經(jīng)生理學(xué)的不斷發(fā)展對(duì)神經(jīng)電極陣列和神經(jīng)信號(hào)采集系統(tǒng)提出了大量需求。由于電極-電解液界面極化效應(yīng)，使用傳統(tǒng)神經(jīng)電極記錄到的神經(jīng)信號(hào)中含有界面電勢，這個(gè)電勢會(huì)造成前置放大器輸入端的直流工作點(diǎn)偏移。同時(shí)神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)的測量對(duì)象中有較大的共模干擾，這個(gè)干擾也會(huì)對(duì)前置放大器直流工作點(diǎn)造成直接的影響，因此神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)需要特別的措施穩(wěn)定前置放大器的直流工作點(diǎn)。
[0003]另一方面，為全面監(jiān)測神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)放的信號(hào)，深入研究動(dòng)物大腦等神經(jīng)中樞系統(tǒng)的活動(dòng)規(guī)律，神經(jīng)電極陣列的空間分辨率越來越高，記錄通道數(shù)越來越多。這一發(fā)展趨勢促使人們采用的新的硅神經(jīng)電極制作方法和更緊湊封裝方式以提高神經(jīng)電極的分辨率，減小器件體積，方便神經(jīng)信號(hào)采集。同時(shí)，采用緊湊的封裝形式有助于減少環(huán)境電磁干擾，提高采集神經(jīng)信號(hào)的信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，以隔離電極-電解液界面極化效應(yīng)與`測量對(duì)象的共模干擾，同時(shí)提高硅神經(jīng)電極的空間分辨率。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，包括:
[0008]制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極；
[0009]在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片輸入壓焊盤中制作金屬層；
[0010]在前置放大器芯片表面和壓焊盤中制作絕緣層；
[0011]對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光；以及
[0012]采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容。
[0013]上述方案中，所述制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的步驟中，硅神經(jīng)電極以絕緣層上硅材料為基片，在基片上從下至上依次由下絕緣層、金屬層和上金屬層三層構(gòu)成。
[0014]上述方案中，所述制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的步驟中，前置放大器芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制作實(shí)現(xiàn)，前置放大器指標(biāo)滿足神經(jīng)信號(hào)采集要求，前置放大器的低通截止點(diǎn)小于10kHz，帶內(nèi)積分噪聲小于5μ V，增益為5~1000倍。
[0015]上述方案中，所述在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片輸入壓焊盤中制作金屬層的步驟中，是先在前置放大器芯片表面制作掩膜，只留出芯片的輸入壓焊盤，將制作好的前置放大器芯片至于真空鍍膜機(jī)中，在芯片的輸入壓焊盤中蒸鍍金屬層，以減小壓焊盤與芯片表面的深度，為在壓焊盤中制作絕緣層做準(zhǔn)備。所述蒸鍍的金屬層采用的金屬材料為鋁、銦、金或銀。
[0016]上述方案中，所述在前置放大器芯片表面和壓焊盤中制作絕緣層的步驟中，絕緣層材料選擇二氧化硅或氮化硅，制作的方法采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法。 [0017]上述方案中，所述對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光的步驟中，是采用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光，拋光處理后前置放大器芯片輸入壓焊盤中的絕緣層與芯片表面處于同一平面。
[0018]上述方案中，所述采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容的步驟中，首先對(duì)拋光后的前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極清洗，然后采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極的壓焊盤形成耦合電容。
[0019]上述方案中，所述對(duì)拋光后的前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極清洗，清洗過程依次為:去離子水超聲清洗，丙酮、無水乙醇清洗，去離子水清洗，稀HF酸清洗，去離子水清洗。所述采用的硅片鍵合技術(shù)為直接鍵合方式，對(duì)準(zhǔn)前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極輸出壓焊盤并貼合，施加一定的壓力，然后做退火處理，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極的壓焊盤形成耦合電容。
[0020](三)有益效果
[0021]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1、利用本發(fā)明提供的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，由于采用硅片鍵合技術(shù)在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容，所以能夠隔離電極-電解液界面極化效應(yīng)與測量對(duì)象的共模干擾，消除對(duì)前置放大器直流工作點(diǎn)的影響，簡化前置放大器的設(shè)計(jì)與神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)。
[0023]2、利用本發(fā)明提供的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，由于采用前置放大器與硅神經(jīng)電極間的耦合電容作為前置放大器的輸入電容，所以有利于減小前置放大器的面積，提高硅神經(jīng)電極的空間分辨率。
[0024]3、利用本發(fā)明提供的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，采用硅片鍵合技術(shù)將硅神經(jīng)電極和前置放大電路制造混合集成器件，有效減小器件體積，方便神經(jīng)信號(hào)采集，提高采集神經(jīng)信號(hào)的信噪比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中:
[0026]圖1是本發(fā)明提供的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法流程圖；
[0027]圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例制成的硅神經(jīng)電極混合集成器件的示意圖；
[0028]圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例制成的硅神經(jīng)電極混合集成器件的截面圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法流程圖，該方法包括:
[0031]步驟1:制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極；
[0032]步驟2:在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片輸入壓焊盤中制作金屬層；
[0033]步驟3:在前置放大器芯片表面和壓焊盤中制作絕緣層；
[0034]步驟4:對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光；以及
[0035]步驟5:采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容。
[0036]其中，步驟I中所述硅神經(jīng)電極以絕緣層上硅材料為基片，在基片上從下至上依次由下絕緣層、金屬層和上金屬層三層構(gòu)成。前置放大器芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制作實(shí)現(xiàn)，前置放大器指標(biāo)滿足神經(jīng)信號(hào)采集要求，前置放大器的低通截止點(diǎn)小于10kHz，帶內(nèi)積分噪聲小于5 μ V，增益為5~1000倍。
[0037]步驟2中所述在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片輸入壓焊盤中制作金屬層，是先在前置放大器芯片表面制作掩膜，只留出芯片的輸入壓焊盤，將制作好的前置放大器芯片至于真空鍍膜機(jī)`中，在芯片的輸入壓焊盤中蒸鍍金屬層，以減小壓焊盤與芯片表面的深度，為在壓焊盤中制作絕緣層做準(zhǔn)備。蒸鍍的金屬層采用的金屬材料為鋁、銦、金或銀等。
[0038]步驟3中所述在前置放大器芯片表面和壓焊盤中制作絕緣層，絕緣層材料選擇二氧化硅或氮化硅等，制作的方法采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法。
[0039]步驟4中所述對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光，是采用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光，拋光處理后前置放大器芯片輸入壓焊盤中的絕緣層與芯片表面處于同一平面。
[0040]步驟5中所述采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容，首先對(duì)拋光后的前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極清洗，然后采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極的壓焊盤形成耦合電容。其中，對(duì)拋光后的前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極清洗，清洗過程依次為:去離子水超聲清洗，丙酮、無水乙醇清洗，去離子水清洗，稀HF酸清洗，去離子水清洗。采用的硅片鍵合技術(shù)為直接鍵合方式，對(duì)準(zhǔn)前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極輸出壓焊盤并貼合，施加一定的壓力，然后做退火處理，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極的壓焊盤形成耦合電容。
[0041]圖2給出了最終的硅神經(jīng)電極混合集成器件的示意圖，硅神經(jīng)電極混合集成器件包括硅神經(jīng)電極21和前置放大器芯片22兩部分。圖3給出了硅神經(jīng)電極混合集成器件的截面圖，由金屬層31和絕緣層32結(jié)構(gòu)在硅神經(jīng)電極21和前置放大器芯片22之間形成電容耦合，隔離界神經(jīng)電極記錄信號(hào)時(shí)面電勢與干擾對(duì)前置放大器直流工作點(diǎn)的影響。
[0042]至此，本實(shí)施例介紹完畢。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述描述，應(yīng)對(duì)本發(fā)明制作硅神經(jīng)電極混合集成器件的方法有了清楚認(rèn)識(shí)。
[0043]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，包括: 制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極； 在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片輸入壓焊盤中制作金屬層； 在前置放大器芯片表面和壓焊盤中制作絕緣層； 對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光；以及 采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的步驟中，硅神經(jīng)電極以絕緣層上硅材料為基片，在基片上從下至上依次由下絕緣層、金屬層和上金屬層三層構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述制作用于神經(jīng)信號(hào)采集的前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的步驟中，前置放大器芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制作實(shí)現(xiàn)，前置放大器指標(biāo)滿足神經(jīng)信號(hào)采集要求，前置放大器的低通截止點(diǎn)小于10kHz，帶內(nèi)積分噪聲小于5μ V，增益為5~1000倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片輸入壓焊盤中制作金屬層的步驟中，是先在前置放大器芯片表面制作掩膜，只留出芯片的輸入壓焊盤，將制作好的前置放大器芯片至于真空鍍膜機(jī)中，在芯片的輸入壓焊盤中蒸鍍金屬層，以減小壓焊盤與芯片表面的深度，為在壓焊盤中制 作絕緣層做準(zhǔn)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述蒸鍍的金屬層采用的金屬材料為鋁、銦、金或銀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述在前置放大器芯片表面和壓焊盤中制作絕緣層的步驟中，絕緣層材料選擇二氧化硅或氮化硅，制作的方法采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光的步驟中，是采用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對(duì)前置放大器芯片和硅神經(jīng)電極的表面進(jìn)行拋光，拋光處理后前置放大器芯片輸入壓焊盤中的絕緣層與芯片表面處于同一平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，在前置放大器與硅神經(jīng)電極間形成耦合電容的步驟中，首先對(duì)拋光后的前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極清洗，然后采用硅片鍵合技術(shù)將前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極集成，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極的壓焊盤形成耦合電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述對(duì)拋光后的前置放大器芯片與硅神經(jīng)電極清洗，清洗過程依次為:去離子水超聲清洗，丙酮、無水乙醇清洗，去離子水清洗，稀HF酸清洗，去離子水清洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅神經(jīng)電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述采用的硅片鍵合技術(shù)為直接鍵合方式，對(duì)準(zhǔn)前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極輸出壓焊盤并貼合，施加一定的壓力，然后做退火處理，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經(jīng)電極的壓 焊盤形成耦合電容。
【文檔編號(hào)】A61B5/04GK103750833SQ201410028793
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】張旭, 韓建強(qiáng), 劉鳴, 裴為華, 陳弘達(dá) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所