[发明专利]一种硅神经电极混合集成器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及用于神经信号记录的硅神经电极混合集成器件制造，特别是一种硅神经电极混合集成器件的制造方法。

背景技术

神经电极是神经科学研究、临床诊断和神经义肢及功能恢复的必要工具和手段，神经生理学的不断发展对神经电极阵列和神经信号采集系统提出了大量需求。由于电极-电解液界面极化效应，使用传统神经电极记录到的神经信号中含有界面电势，这个电势会造成前置放大器输入端的直流工作点偏移。同时神经信号记录系统的测量对象中有较大的共模干扰，这个干扰也会对前置放大器直流工作点造成直接的影响，因此神经信号记录系统需要特别的措施稳定前置放大器的直流工作点。

另一方面，为全面监测神经系统发放的信号，深入研究动物大脑等神经中枢系统的活动规律，神经电极阵列的空间分辨率越来越高，记录通道数越来越多。这一发展趋势促使人们采用的新的硅神经电极制作方法和更紧凑封装方式以提高神经电极的分辨率，减小器件体积，方便神经信号采集。同时，采用紧凑的封装形式有助于减少环境电磁干扰，提高采集神经信号的信噪比。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种硅神经电极混合集成器件的制造方法，以隔离电极-电解液界面极化效应与测量对象的共模干扰，同时提高硅神经电极的空间分辨率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种硅神经电极混合集成器件的制造方法，包括：

制作用于神经信号采集的前置放大器芯片和硅神经电极；

在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片输入压焊盘中制作金属层；

在前置放大器芯片表面和压焊盘中制作绝缘层；

对前置放大器芯片和硅神经电极的表面进行抛光；以及

采用硅片键合技术将前置放大器芯片与硅神经电极集成，在前置放大器与硅神经电极间形成耦合电容。

上述方案中，所述制作用于神经信号采集的前置放大器芯片和硅神经电极的步骤中，硅神经电极以绝缘层上硅材料为基片，在基片上从下至上依次由下绝缘层、金属层和上金属层三层构成。

上述方案中，所述制作用于神经信号采集的前置放大器芯片和硅神经电极的步骤中，前置放大器芯片采用标准的CMOS工艺制作实现，前置放大器指标满足神经信号采集要求，前置放大器的低通截止点小于10kHz，带内积分噪声小于5μV，增益为5～1000倍。

上述方案中，所述在前置放大器芯片表面制作掩膜，在前置放大器芯片输入压焊盘中制作金属层的步骤中，是先在前置放大器芯片表面制作掩膜，只留出芯片的输入压焊盘，将制作好的前置放大器芯片至于真空镀膜机中，在芯片的输入压焊盘中蒸镀金属层，以减小压焊盘与芯片表面的深度，为在压焊盘中制作绝缘层做准备。所述蒸镀的金属层采用的金属材料为铝、铟、金或银。

上述方案中，所述在前置放大器芯片表面和压焊盘中制作绝缘层的步骤中，绝缘层材料选择二氧化硅或氮化硅，制作的方法采用等离子体增强化学气相沉积法。

上述方案中，所述对前置放大器芯片和硅神经电极的表面进行抛光的步骤中，是采用化学机械抛光技术对前置放大器芯片和硅神经电极的表面进行抛光，抛光处理后前置放大器芯片输入压焊盘中的绝缘层与芯片表面处于同一平面。

上述方案中，所述采用硅片键合技术将前置放大器芯片与硅神经电极集成，在前置放大器与硅神经电极间形成耦合电容的步骤中，首先对抛光后的前置放大器芯片与硅神经电极清洗，然后采用硅片键合技术将前置放大器芯片与硅神经电极集成，使前置放大器芯片的输入压焊盘与硅神经电极的压焊盘形成耦合电容。

上述方案中，所述对抛光后的前置放大器芯片与硅神经电极清洗，清洗过程依次为：去离子水超声清洗，丙酮、无水乙醇清洗，去离子水清洗，稀HF酸清洗，去离子水清洗。所述采用的硅片键合技术为直接键合方式，对准前置放大器芯片的输入压焊盘与硅神经电极输出压焊盘并贴合，施加一定的压力，然后做退火处理，使前置放大器芯片的输入压焊盘与硅神经电极的压焊盘形成耦合电容。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明提供的硅神经电极混合集成器件的制造方法，由于采用硅片键合技术在前置放大器与硅神经电极间形成耦合电容，所以能够隔离电极-电解液界面极化效应与测量对象的共模干扰，消除对前置放大器直流工作点的影响，简化前置放大器的设计与神经信号记录系统。