专利名称：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。
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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°C。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°C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°C。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钼，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。
权利要求
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。
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钼， 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。
全文摘要
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。
文档编号B81C1/00GK102512151SQ20111040979
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者汤戎昱, 王宇, 裴为华, 赵辉, 陈三元, 陈弘达, 陈远方 申请人:中国科学院半导体研究所