CN102512151A

CN102512151A - 制作立体神经微电极的方法

Info

Publication number: CN102512151A
Application number: CN2011104097939A
Authority: CN
Inventors: 裴为华; 赵辉; 王宇; 陈三元; 汤戎昱; 陈远方; 陈弘达
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种制作立体神经微电极的方法，包括以下步骤：步骤1：取一衬底；步骤2：在衬底正反面生长掩膜，并做对称图案化处理，得到微电极阵列的原始形状；步骤3：从衬底正反面同时刻蚀，将多余部分去除；步骤4：去除剩余的掩膜；步骤5：对上述步骤得到的结构，采用腐蚀的方法进行光滑和变尖处理，得到微电极阵列，该微电极阵列包括多个电极，该电极的尾端相连接；步骤6：在微电极阵列的表面生长金属层；步骤7：在微电极阵列表面的金属层上再生长绝缘层，并将连接点和记录点的绝缘层刻蚀掉。

Description

制作立体神经微电极的方法

技术领域

本发明涉及电生理信号检测的电极传感器加工技术领域，尤其涉及一种利用半导体、金属或陶瓷材料制作神经微电极的方法。

背景技术

神经微电极技术是近几十年发展起来的一门新技术，是神经科学研究和一些神经病治疗中用到的重要工具。它在神经网络、记忆和感知等研究以及帕金森症和癫痫等治疗中起到了重要作用。

神经微电极分为金属丝微电极、硅基微电极和聚合物微电极等多种。金属丝微电极记录特性好，但由于纯手工制作，一致性较差，而且金属丝易弯曲导致其组装比较麻烦。硅基神经微电极由于一致性好、产量大、易集成等特点，近年来迅速发展。该类微电极分两类：以Michigan电极为代表的平面电极和以Utah电极为代表的立体微电极。但平面电极由于工艺特点在神经元信号记录和刺激上有局限性，而Utah电极长度调节范围小。并且受国外限制，硅基微电极价格很高。聚合物电极生物柔韧性好，相容性好，但由于强度低而不易用于植入实验。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制作立体神经微电极的方法，以解决微电极制作方法复杂、重复性差和成本高的问题，便于做植入式实验，进行神经元信号记录或刺激。

本发明提供了一种制作立体神经微电极的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底正反面生长掩膜，并做对称图案化处理，得到微电极阵列的原始形状；

步骤3：从衬底正反面同时刻蚀，将多余部分去除；

步骤4：去除剩余的掩膜；

步骤5：对上述步骤得到的结构，采用腐蚀的方法进行光滑和变尖处理，得到微电极阵列，该微电极阵列包括多个电极，该电极的尾端相连接；

步骤6：在微电极阵列的表面生长金属层；

步骤7：在微电极阵列表面的金属层上再生长绝缘层，并将连接点和记录点的绝缘层刻蚀掉。

本发明的有益效果是：其是采用一种新作方法实现了立体神经微电极的制作，它具有金属丝电极的立体特性，也具有硅基电极的高精度和易集成特性，电极长度也灵活可调。该电极在制作方法上区别于以往电极，它为神经科学和疾病研究提供了一种制作简单、尺寸可控、性能良好的工具。

附图说明

为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明，其中：

图1为本发明的电极制备工艺流程图。

图2为本发明立体神经微电极的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种制作立体神经微电极的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底，该衬底的厚度为50至500微米，该衬底的材料为硅、金属、碳化硅、氧化硅或陶瓷。本实施例中采用4寸<100>N型硅片做衬底，电阻率0.001欧姆厘米，衬底厚度200微米。

步骤2：在衬底正反面生长掩膜，并做对称图案化处理，得到微电极阵列的原始形状，所述掩膜的材料为氧化硅、氮化硅或金属。本实施例中采用干法热氧技术在硅衬底上双面生长300纳米氧化硅做掩膜，生长温度为1050℃。用微电子工艺中的光刻法对掩膜进行图案化处理。首先在正面旋涂1微米厚光刻胶，90℃前烘处理后进行光刻显影，去除不需要的光刻胶。背面用光刻胶保护，用氢氟酸把正面不需要的氧化硅去除；然后用双面对准光刻技术对背面做图案化，正面用光刻胶保护，用氢氟酸把背面不需要的氧化硅去除，从而得到正反面对称的微电极阵列原始形状。

步骤3：从衬底正反面同时刻蚀，将多余部分去除，该刻蚀是采用湿法刻蚀、干法刻蚀、机械切割或电火花放电的方法。本实施例中采用湿法刻蚀的方法。所用腐蚀液为四甲基氢氧化铵(TMAH)，水浴加热80℃。腐蚀过程中加入添加剂过硫酸铵(与溶液质量比为1∶200)，可降低腐蚀面的粗糙性。经过5小时左右，衬底上下面被腐蚀透，多余部分被全部去除。

步骤4：去除剩余的掩膜。本实施例中去除掩膜氧化硅采用稀释的氢氟酸溶液。当硅片由亲水变为不亲水时，掩膜腐蚀结束。

步骤5：对上述步骤得到的结构，采用腐蚀的方法进行光滑和变尖处理，得到微电极阵列。该微电极阵列包括多个电极，该电极的尾端相连接，该微电极阵列上的多个电极的数量为2-10，该微电极阵列中电极的长度为2毫米至2厘米，所述光滑处理是采用化学湿法腐蚀或电化学腐蚀方法；变尖处理是采用腐蚀液静置法或针尖蘸腐蚀液法。本实施例中采用腐蚀液静置法进行光滑和变尖处理。腐蚀液为HF、HNO₃和醋酸混合液(体积比为3∶25∶10，其中酸的成分为49％HF和70％HNO₃)。腐蚀过程全部在通风橱内操作。将步骤4所得到的结构悬挂静置于腐蚀液液界面处，下端接触液面。二十分钟左右，结构下端变尖。然后将整个结构全部静置于腐蚀液中二十分钟左右，结构整体变光滑，得到针状结构微电极阵列。本实施例中制作了两组不同的微电极阵列：一组包括5个电极，另一组包括10个电极。电极长度为1.5厘米，单根电极宽度100微米，针尖5微米。

步骤6：在微电极阵列的表面生长金属层，该金属层的材料为金或铂，或金/钛，金/铬；生长金属层是采用化学电镀、热蒸镀、化学气相沉积或磁控溅射的方法。本实施例中采用热蒸镀淀积金/铬复合膜，厚度分别为300纳米和30纳米。为了保证金属层的覆盖效果，实施中从正反两面做了两次淀积。其中，铬为粘附层，用于增强衬底和金的粘附性。

步骤7：在微电极阵列表面的金属层上再生长绝缘层，并将连接点1和记录点2的绝缘层刻蚀掉，该绝缘层的材料为氧化硅、氮化硅、聚对二甲苯或聚酰亚胺，或这些材料构成的复合膜。本实施例中绝缘层为3微米厚的聚对二甲苯，在常温下淀积生成。连接点1和记录点2的绝缘层刻蚀采用铝箔掩膜法。将微电极置于夹具中，尖端穿刺铝箔露出约20微米，然后用铝箔做掩膜用氧等离子去除记录点2的聚对二甲苯。连接点1的聚对二甲苯去除采用同样方法。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种制作立体神经微电极的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤3：从衬底正反面同时刻蚀，将多余部分去除；

步骤4：去除剩余的掩膜；

步骤6：在微电极阵列的表面生长金属层；

2.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中衬底的厚度为50至500微米。

3.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中衬底的材料为硅、金属、碳化硅、氧化硅或陶瓷。

4.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中掩膜的材料为氧化硅、氮化硅或金属。

5.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中该微电极阵列上的多个电极的数量为2-10。

6.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中微电极阵列中电极的长度为2毫米至2厘米。

7.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中刻蚀是采用湿法刻蚀、干法刻蚀、机械切割或电火花放电的方法。

8.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中光滑处理是采用化学湿法腐蚀或电化学腐蚀方法；变尖处理是采用腐蚀液静置法或针尖蘸腐蚀液法。

9.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中金属层的材料为金或铂，或金/钛，金/铬；生长金属层是采用化学电镀、热蒸镀、化学气相沉积或磁控溅射的方法。

10.根据权利要求1所述的制作立体神经微电极的方法，其中绝缘层的材料为氧化硅、氮化硅、聚对二甲苯或聚酰亚胺，或这些材料构成的复合膜。