專利名稱：三維神經(jīng)微電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的加工方法，特別是一種基于微機(jī)電加工 工藝的三維神經(jīng)微電極的制作方法。
背景技術(shù)：
對于許多神經(jīng)功能受到嚴(yán)重?fù)p傷的患者而言，傳統(tǒng)的藥物治療等方法無法治 愈神經(jīng)損傷，與此同時，基于人工電子設(shè)備的神經(jīng)修復(fù)方式得到了廣泛研究與應(yīng) 用。作為人工電子設(shè)備與生物組織的接口部件，神經(jīng)微電極在運動功能、感覺功 能等神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域中發(fā)揮著日益重要的作用。在人工聽覺修復(fù)研究中，采用植入 耳蝸的微電極直接刺激殘存的聽神經(jīng)纖維，通過傳導(dǎo)通路向大腦聽覺中樞發(fā)放神 經(jīng)電信號，產(chǎn)生聽覺反應(yīng)?；谝曈X傳導(dǎo)鏈路的不同部位，視覺修復(fù)包括視網(wǎng)膜、 視神經(jīng)以及視皮層修復(fù)方式。借助于植入式神經(jīng)微電極，目前的視覺修復(fù)研究結(jié) 果表明，盲人己經(jīng)具有光感，并且能夠辨認(rèn)簡單的字母圖形。運動功能修復(fù)是對 生物神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)施加電刺激信號來替代原本由大腦或脊髓發(fā)出的控制命令。 腦外傷、腦血管意外、腦癱和脊髓損傷等中樞神經(jīng)疾病導(dǎo)致的四肢癱瘓或偏癱等 運動殘疾，目前醫(yī)學(xué)上采用功能電刺激(FES)的治療方法，利用體表或皮下植 入式微電極對肌肉施加電刺激從而恢復(fù)癱瘓病人神經(jīng)肌肉功能，己經(jīng)成功地被用 來幫助癱瘓病人恢復(fù)手抓握、排尿、站立甚至走步的功能。多通道植入式神經(jīng)刺 激微電極陣列直接與生物組織相接觸，是實現(xiàn)神經(jīng)修復(fù)的關(guān)鍵部件。作為生物神 經(jīng)系統(tǒng)與人工電子設(shè)備的唯一物理通道，植入式神經(jīng)微電極的性能優(yōu)劣直接決定 了神經(jīng)功能修復(fù)的有效性，主要考慮其材料的生物相容性以及工藝制作的可行 性。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Peter Norlin等人在Journal of micromechanics and Microengineering (微機(jī)械與微工程其月干U) (2002年，12 期，414-419頁)上發(fā)表的("A 32_site neural recording probe fabricated by DRIE of SOI substrates")(基于SOI襯底32記錄點電極制作)，該文中提
出采用硅深刻蝕工藝制作硅微電極，具體方法為采用深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE) 技術(shù)確定電極結(jié)構(gòu)，Si02及Si^作為電絕緣層，其不足在于制作的微電極為 平面結(jié)構(gòu)，絕緣層受工藝影響較大，易產(chǎn)生針孔，不利于體內(nèi)的長期植入。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種三維神經(jīng)微電極的制作方法， 使其采用SU-8膠的光刻和電鍍技術(shù)相結(jié)合，制作體內(nèi)植入式多通道微電極。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括如下具體步驟.-
步驟一，清洗硅片，以硅片作為襯底，采用PECVD (等離子化學(xué)汽相淀積) 方法在硅片的拋光面生長底層Si02，底層Si02用于電隔離金屬合金層與硅襯底。 所述硅片，為N型或P型單晶硅。
步驟二，在底層Si02上依次濺射金屬鈦和金，形成金屬合金層，并刻蝕出 金屬互連線、壓焊點和與接觸圓點，壓焊點用于電連接微電極與外界電路，接觸 圓點用于在電鍍液中電鍍生長圓柱形金屬柱。
步驟三，在金屬合金層上采用等離子化學(xué)汽相淀積方法生長頂層Si02，頂層 Si02絕緣金屬合金層，并采用緩沖的HF酸溶液刻蝕頂層Si02，暴露出壓焊點和 接觸圓點，并采用光刻膠填充壓焊點。
步驟四，在接觸圓點上旋涂SU-8膠，并通過光刻與刻蝕工藝，形成圓柱形 孔，其側(cè)壁為SU-8膠，并采用光刻膠填充壓焊點。
所述光刻，為近紫外光光刻。
所述圓柱形孔，其高度為100nm-lmm。
步驟五，在圓柱形孔中電鍍生長金屬，最終形成金屬圓柱，采用顯影方式去 除壓焊點中的光刻膠，暴露出壓焊點。
所述電鍍，分別以外部電鍍金屬板和接觸圓點作為陽極與陰極。 所述電鍍金屬板，是指在電鍍圓柱形孔內(nèi)金屬時，電極外部的陽極板。 所述電鍍，是指先電鍍銅，后電鍍金。
步驟六，對上述步驟得到的電極進(jìn)行清洗，得到三維神經(jīng)微電極。 所述清洗，是指采用去離子水進(jìn)行清洗。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明采用硅片作為襯底材料， 充分利用SU-8膠的曝光厚度深的特點，結(jié)合電鍍技術(shù)，制作了體內(nèi)植入式多通
道微電極。制作過程消除了干法深刻蝕工藝步驟，制作成本可降低近1/3，微電 極具有良好的電學(xué)特性一致性，各通道阻抗變化范圍控制在±5%的范圍內(nèi)。由于 采用具有良好生物相容性的SU-8膠作為絕緣層，因此可以消除針孔，適合體內(nèi)
的長期植入。
圖1是本發(fā)明的三維微電極制作流程圖
其中(a)為在硅襯底上方生長底層二氧化硅；(b)為在二氧化硅上方生長 釹/金金屬層，并刻蝕出金屬互連線；(C)為生長頂層二氧化硅；(d)為刻蝕頂 層二氧化硅，得到暴露的接觸圓點和壓焊點；(e)為旋涂SU-8膠，通過光刻與 刻蝕工藝，在金屬位點上方形成圓柱形孔，并采用光刻膠填充暴露的壓焊點；(f) 為在圓柱形孔內(nèi)電鍍金屬，去除壓焊點內(nèi)填充的光刻膠。
圖2是本發(fā)明的三維微電極的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實施例。
實施例1
本實施例中采用SU-8膠構(gòu)成的圓柱形孔8的高度為100微米，用于貼敷在 視神經(jīng)或者腦皮層的硬腦膜表面，用于刺激視神經(jīng)或者腦皮層，進(jìn)行神經(jīng)功能修 復(fù)。
如圖1所示，本實施例包括如下步驟
步驟一，清洗硅片l，以硅片l作為襯底，并采用PECVD (等離子化學(xué)汽相 淀積)方法在硅片1的拋光面生長底層Si02 2，底層Si022用于電隔離金屬合金 層與硅襯底，如圖1 (a)所示。
所述硅片l，為N型單晶硅。
步驟二，在底層Si022上依次濺射金屬鈦和金，形成金屬合金層，并刻蝕出 金屬互連線3、壓焊點5和接觸圓點6，壓焊點5用于電連接微電極與外界電路， 接觸圓點6用于在電鍍液中電鍍生長圓柱形金屬柱，如圖l (b)所示。
步驟三，在金屬合金層上PECVD生長頂層Si024，用于絕緣金屬合金層，采
用緩沖的HF酸溶液刻蝕頂層Si024，暴露出壓焊點5和接觸圓點6，如圖l (c) 和(d)所示。
步驟四，在接觸圓點6上旋涂SU-8膠，采用近紫外光進(jìn)行光刻與刻蝕，形 成高度為100微米的圓柱形孔8，其側(cè)壁為SU-8膠9，并采用光刻膠7填充壓焊 點5,如圖1 (e)所示。
步驟五，分別以外部的電鍍金屬板和接觸圓點6作為陽極與陰極進(jìn)行電鍍， 先電鍍銅，后電鍍金，在圓柱形孔8中生長金屬，最終形成金屬圓柱10，采用 顯影方式去除壓焊點5中的光刻膠7，暴露出壓焊點5，如圖l (f)所示。
步驟六，對上述步驟得到的電極采用去離子水進(jìn)行清洗，得到三維神經(jīng)微電 極，如圖2所示。
本實施例采用硅片作為襯底材料，充分利用SU-8膠的曝光厚度深的特點， 結(jié)合電鍍技術(shù)，制作了體內(nèi)植入式多通道微電極。制作過程消除了干法深刻蝕工 藝步驟，制作成本可降低近1/3，微電極具有良好的電學(xué)特性一致性，各通道阻 抗變化范圍控制在±5%的范圍內(nèi)。由于采用具有良好生物相容性的SU-8膠作為 絕緣層，因此可以消除針孔。由于圓柱形孔8的高度為100微米，而硬腦膜的厚 度為200微米左右，因此微電極可以刺入且不穿透硬腦膜，緊密地貼覆在硬腦膜 表面，適合體內(nèi)的長期植入。
實施例2
本實施例中采用SU-8膠構(gòu)成的圓柱形孔8的高度為500微米，用于穿透硬 腦膜,貼覆在軟腦膜表面，用于刺激視神經(jīng)或者腦皮層，進(jìn)行神經(jīng)功能修復(fù)。 如圖1所示，本實施例包括如下步驟
步驟一，清洗硅片l,以硅片l作為襯底，并采用PECVD (等離子化學(xué)汽相 淀積)方法在硅片1的拋光面生長底層Si02 2，底層Si022用于電隔離金屬合金 層與硅襯底，如圖1 (a)所示。
所述硅片l，為P型單晶硅。
步驟二，在底層Si022上依次濺射金屬鈦和金，形成金屬合金層，并刻蝕出 金屬互連線3、壓焊點5和接觸圓點6，壓焊點5用于電連接微電極與外界電路， 接觸圓點6用于在電鍍液中電鍍生長圓柱形金屬柱，如圖l (b)所示。
步驟三，在金屬合金層上PECVD生長頂層Si024，用于絕緣金屬合金層，采 用緩沖的HF酸溶液刻蝕頂層Si024，暴露出壓焊點5和接觸圓點6，如圖l (c) 和(d)所示。
步驟四，在接觸圓點6上旋涂SU-8膠，采用近紫外光進(jìn)行光刻與刻蝕，形 成高度為500微米的圓柱形孔8，其側(cè)壁為SU-8膠9，并采用光刻膠7填充壓焊 點5，如圖1 (e)所示。
步驟五，分別以外部的電鍍金屬板和接觸圓點6作為陽極與陰極進(jìn)行電鍍， 先電鍍銅，后電鍍金，在圓柱形孔8中生長金屬，最終形成金屬圓柱10，采用 顯影方式去除壓焊點5中的光刻膠7，暴露出壓焊點5，如圖l (f)所示。
步驟六，對上述步驟得到的電極采用去離子水進(jìn)行清洗，得到三維神經(jīng)微電 極，如圖2所示。
本實施例采用硅片作為襯底材料，充分利用SU-8膠的曝光厚度深的特點， 結(jié)合電鍍技術(shù)，制作了體內(nèi)植入式多通道微電極。制作過程消除了干法深刻蝕工 藝步驟，制作成本可降低近1/3，微電極具有良好的電學(xué)特性一致性，各通道阻 抗變化范圍控制在±5%的范圍內(nèi)。由于采用具有良好生物相容性的SU-8膠作為 絕緣層，因此可以消除針孔。此時圓柱形孔8的高度為500微米，微電極可以穿 透硬腦膜，緊密地貼覆在軟腦膜表面，可以降低刺激電流閾值，適合體內(nèi)的長期 植入。
實施例3
本實施例中采用SU-8膠構(gòu)成的圓柱形孔8的高度為1毫米，用于穿透硬腦 膜和軟腦膜，刺入到視神經(jīng)或者腦皮層中，用于刺激視神經(jīng)或者腦皮層，進(jìn)行神 經(jīng)功能修復(fù)。
如圖1所示，本實施例包括如下步驟
步驟一，清洗硅片l，以硅片l作為襯底，并采用PECVD (等離子化學(xué)汽相 淀積)方法在硅片1的拋光面生長底層Si02 2，底層Si022用于電隔離金屬合金 層與硅襯底，如圖1 (a)所示。
所述硅片l，為N型單晶硅。
步驟二，在底層Si022上依次濺射金屬鈦和金，形成金屬合金層，并刻蝕出 金屬互連線3、壓焊點5和接觸圓點6，壓焊點5用于電連接微電極與外界電路， 接觸圓點6用于在電鍍液中電鍍生長圓柱形金屬柱，如圖l (b)所示。
步驟三，在金屬合金層上PECVD生長頂層Si024，用于絕緣金屬合金層，采 用緩沖的HF酸溶液刻蝕頂層Si024，暴露出壓悍點5和接觸圓點6，如圖l (c) 和(d)所示。
步驟四，在接觸圓點6上旋涂SU-8膠，采用近紫外光進(jìn)行光刻與刻蝕，形 成高度為1毫米的圓柱形孔8，其側(cè)壁為SU-8膠9，并采用光刻膠7填充壓焊點 5，如圖1 (e)所示。
步驟五，分別以外部的電鍍金屬板和接觸圓點6作為陽極與陰極進(jìn)行電鍍， 先電鍍銅，后電鍍金，在圓柱形孔8中生長金屬，最終形成金屬圓柱10，采用 顯影方式去除壓焊點5中的光刻膠7，暴露出壓焊點5，如圖l (f)所示。
步驟六，對上述步驟得到的電極采用去離子水進(jìn)行清洗，得到三維神經(jīng)微電 極，如圖2所示。
本實施例采用硅片作為襯底材料，充分利用SU-8膠的曝光厚度深的特點， 結(jié)合電鍍技術(shù)，制作了體內(nèi)植入式多通道微電極。制作過程消除了干法深刻蝕工 藝步驟，制作成本可降低近1/3，微電極具有良好的電學(xué)特性一致性，各通道阻 抗變化范圍控制在±5%的范圍內(nèi)。由于采用具有良好生物相容性的SU-8膠作為 絕緣層，因此可以消除針孔。此時圓柱形孔8的高度為1毫米，微電極可以穿透 硬腦膜和軟腦膜，刺入到視神經(jīng)內(nèi)部，進(jìn)行神經(jīng)修復(fù)所施加的電流閾值進(jìn)一步降 低，適合體內(nèi)的長期植入。
權(quán)利要求
1.一種三維神經(jīng)微電極的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，清洗硅片，以硅片作為襯底，采用等離子化學(xué)汽相淀積方法在硅片的一面生長底層SiO2；步驟二，在底層SiO2上依次濺射金屬鈦和金，形成金屬合金層，并刻蝕出金屬互連線、壓焊點和接觸圓點；步驟三，在金屬合金層上采用等離子化學(xué)汽相淀積方法生長頂層SiO2，頂層SiO2絕緣金屬合金層，并采用緩沖的HF酸溶液刻蝕頂層SiO2，暴露出壓焊點和接觸圓點，并采用光刻膠填充壓焊點；步驟四，在接觸圓點上旋涂SU-8膠，并通過光刻與刻蝕工藝，形成圓柱形孔，圓柱形孔側(cè)壁為SU-8膠，并采用光刻膠填充壓焊點；步驟五，在圓柱形孔中電鍍生長金屬，最終形成金屬圓柱，采用顯影方式去除壓焊點中的光刻膠，暴露出壓焊點；步驟六，對上述步驟得到的電極進(jìn)行清洗，得到三維神經(jīng)微電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的三維神經(jīng)微電極的制作方法，其特征是，步驟一中， 所述硅片，為N型或P型單晶硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的三維神經(jīng)微電極的制作方法，其特征是，步驟四中， 所述光刻，為近紫外光光刻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的三維神經(jīng)微電極的制作方法，其特征是，步驟四中， 所述圓柱形孔，其高度為10(Vm-lmm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的三維神經(jīng)微電極的制作方法，其特征是，步驟五中， 所述電鍍，分別以外部電鍍金屬板和接觸圓點作為陽極與陰極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5的三維神經(jīng)微電極的制作方法，其特征是，所述電 鍍，是指先電鍍銅，后電鍍金。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的三維神經(jīng)微電極的制作方法，其特征是，步驟六中， 所述清洗，是指采用去離子水進(jìn)行清洗。
全文摘要
一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的三維神經(jīng)微電極的制作方法，具體如下以硅片作為襯底，在硅片的正面生長底層SiO<sub>2</sub>；在底層SiO<sub>2</sub>上形成金屬合金層，并刻蝕出金屬互連線、壓焊點和接觸圓點；底層SiO<sub>2</sub>正面生長頂層SiO<sub>2</sub>，并采用緩沖的HF酸溶液刻蝕頂層SiO<sub>2</sub>，暴露出壓焊點和接觸圓點，并采用光刻膠填充壓焊點；在接觸圓點的硅平面結(jié)構(gòu)正面旋涂SU-8膠，并通過光刻與刻蝕工藝，形成圓柱形孔，用光刻膠填充壓焊點；在圓柱形孔中電鍍生長金屬，形成金屬圓柱，采用顯影方式去除壓焊點中的光刻膠，暴露壓焊點；進(jìn)行清洗得到三維多通道微電極陣列。本發(fā)明降低制作成本，提高微電極的高度可控性及各通道一致性。
文檔編號B81C1/00GK101168435SQ20071017123
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者任秋實, 李瑩輝, 隋曉紅 申請人:上海交通大學(xué)