一種硅神經電極混合集成器件的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種硅神經電極混合集成器件的制造方法，包括：制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極；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；對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光；采用硅片鍵合技術將前置放大器芯片與硅神經電極集成，在前置放大器與硅神經電極間形成耦合電容。本發明有效隔離了電極記錄點與神經細胞接觸時形成的電極-電解液極化電位與細胞組織的共模擾動，消除了對前置放大器直流工作點的影響，簡化了前置放大器的設計與神經信號記錄系統。
【專利說明】一種硅神經電極混合集成器件的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微電子【技術領域】，涉及用于神經信號記錄的硅神經電極混合集成器件制造，特別是一種硅神經電極混合集成器件的制造方法。
【背景技術】
[0002]神經電極是神經科學研究、臨床診斷和神經義肢及功能恢復的必要工具和手段，神經生理學的不斷發展對神經電極陣列和神經信號采集系統提出了大量需求。由于電極-電解液界面極化效應，使用傳統神經電極記錄到的神經信號中含有界面電勢，這個電勢會造成前置放大器輸入端的直流工作點偏移。同時神經信號記錄系統的測量對象中有較大的共模干擾，這個干擾也會對前置放大器直流工作點造成直接的影響，因此神經信號記錄系統需要特別的措施穩定前置放大器的直流工作點。
[0003]另一方面，為全面監測神經系統發放的信號，深入研究動物大腦等神經中樞系統的活動規律，神經電極陣列的空間分辨率越來越高，記錄通道數越來越多。這一發展趨勢促使人們采用的新的硅神經電極制作方法和更緊湊封裝方式以提高神經電極的分辨率，減小器件體積，方便神經信號采集。同時，采用緊湊的封裝形式有助于減少環境電磁干擾，提高采集神經信號的信噪比。

【發明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種硅神經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與`測量對象的共模干擾，同時提高硅神經電極的空間分辨率。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為達到上述目的，本發明提供了一種硅神經電極混合集成器件的制造方法，包括:
[0008]制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極；
[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]對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光；以及
[0012]采用硅片鍵合技術將前置放大器芯片與硅神經電極集成，在前置放大器與硅神經電極間形成耦合電容。
[0013]上述方案中，所述制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極的步驟中，硅神經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成。
[0014]上述方案中，所述制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極的步驟中，前置放大器芯片采用標準的CMOS工藝制作實現，前置放大器指標滿足神經信號采集要求，前置放大器的低通截止點小于10kHz，帶內積分噪聲小于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化學氣相沉積法。 [0017]上述方案中，所述對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光的步驟中，是采用化學機械拋光技術對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光，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將前置放大器芯片與硅神經電極集成，在前置放大器與硅神經電極間形成耦合電容的步驟中，首先對拋光后的前置放大器芯片與硅神經電極清洗，然后采用硅片鍵合技術將前置放大器芯片與硅神經電極集成，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經電極的壓焊盤形成耦合電容。
[0019]上述方案中，所述對拋光后的前置放大器芯片與硅神經電極清洗，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為直接鍵合方式，對準前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經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電極的壓焊盤形成耦合電容。
[0020](三)有益效果
[0021]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0022]1、利用本發明提供的硅神經電極混合集成器件的制造方法，由于采用硅片鍵合技術在前置放大器與硅神經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與測量對象的共模干擾，消除對前置放大器直流工作點的影響，簡化前置放大器的設計與神經信號記錄系統。
[0023]2、利用本發明提供的硅神經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，提高硅神經電極的空間分辨率。
[0024]3、利用本發明提供的硅神經電極混合集成器件的制造方法，采用硅片鍵合技術將硅神經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，方便神經信號采集，提高采集神經信號的信噪比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中:
[0026]圖1是本發明提供的硅神經電極混合集成器件的制造方法流程圖；
[0027]圖2是依照本發明實施例制成的硅神經電極混合集成器件的示意圖；
[0028]圖3是依照本發明實施例制成的硅神經電極混合集成器件的截面圖。【具體實施方式】
[0029]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0030]如圖1所示，圖1是本發明提供的硅神經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:制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極；
[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:對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光；以及
[0035]步驟5:采用硅片鍵合技術將前置放大器芯片與硅神經電極集成，在前置放大器與硅神經電極間形成耦合電容。
[0036]其中，步驟I中所述硅神經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成。前置放大器芯片采用標準的CMOS工藝制作實現，前置放大器指標滿足神經信號采集要求，前置放大器的低通截止點小于10kHz，帶內積分噪聲小于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`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化學氣相沉積法。
[0039]步驟4中所述對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光，是采用化學機械拋光技術對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光，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將前置放大器芯片與硅神經電極集成，在前置放大器與硅神經電極間形成耦合電容，首先對拋光后的前置放大器芯片與硅神經電極清洗，然后采用硅片鍵合技術將前置放大器芯片與硅神經電極集成，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經電極的壓焊盤形成耦合電容。其中，對拋光后的前置放大器芯片與硅神經電極清洗，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為直接鍵合方式，對準前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經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電極的壓焊盤形成耦合電容。
[0041]圖2給出了最終的硅神經電極混合集成器件的示意圖，硅神經電極混合集成器件包括硅神經電極21和前置放大器芯片22兩部分。圖3給出了硅神經電極混合集成器件的截面圖，由金屬層31和絕緣層32結構在硅神經電極21和前置放大器芯片22之間形成電容耦合，隔離界神經電極記錄信號時面電勢與干擾對前置放大器直流工作點的影響。
[0042]至此，本實施例介紹完畢。本領域技術人員根據上述描述，應對本發明制作硅神經電極混合集成器件的方法有了清楚認識。
[0043]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種硅神經電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，包括: 制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極； 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； 對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光；以及 采用硅片鍵合技術將前置放大器芯片與硅神經電極集成，在前置放大器與硅神經電極間形成耦合電容。
2.根據權利要求1所述的硅神經電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極的步驟中，硅神經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成。
3.根據權利要求1所述的硅神經電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述制作用于神經信號采集的前置放大器芯片和硅神經電極的步驟中，前置放大器芯片采用標準的CMOS工藝制作實現，前置放大器指標滿足神經信號采集要求，前置放大器的低通截止點小于10kHz，帶內積分噪聲小于5μ V，增益為5~1000倍。
4.根據權利要求1所述的硅神經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 作絕緣層做準備。
5.根據權利要求4所述的硅神經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.根據權利要求1所述的硅神經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化學氣相沉積法。
7.根據權利要求1所述的硅神經電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光的步驟中，是采用化學機械拋光技術對前置放大器芯片和硅神經電極的表面進行拋光，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.根據權利要求1所述的硅神經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將前置放大器芯片與硅神經電極集成，在前置放大器與硅神經電極間形成耦合電容的步驟中，首先對拋光后的前置放大器芯片與硅神經電極清洗，然后采用硅片鍵合技術將前置放大器芯片與硅神經電極集成，使前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經電極的壓焊盤形成耦合電容。
9.根據權利要求8所述的硅神經電極混合集成器件的制造方法，其特征在于，所述對拋光后的前置放大器芯片與硅神經電極清洗，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.根據權利要求8所述的硅神經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為直接鍵合方式，對準前置放大器芯片的輸入壓焊盤與硅神經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電極的壓 焊盤形成耦合電容。
【文檔編號】A61B5/04GK103750833SQ201410028793
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】張旭, 韓建強, 劉鳴, 裴為華, 陳弘達 申請人:中國科學院半導體研究所