(57)【要約】【課題】金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）などの貴金属を材料とする神経活動電位計測用又は神経刺激用の電極において、電解質が高濃度にある腐食環境下であっても、耐腐食性を保持することのできる構造を有した半導体装置を提供する。【解決手段】シリコン基板１５と、シリコン基板１５に開けられた、神経線維を通すための貫通孔１３と、貫通孔１３の側面及び／又は周辺に設けられた耐腐食性の金属からなる電極１１と、半導体材料又は絶縁体材料と接着性の良い金属からなり電極１１と接着した接着層１６と、接着層１６が露出しないように、電極１１の端部及び接着層１６を覆う上層絶縁保護膜１７及び下層絶縁保護膜１８とを有する構造とすることにより、電極１１及び接着層１６の耐腐食性が向上する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に開けられた、神経線維を通すための貫通孔と、
前記貫通孔の側面及び／又は周辺に設けられた耐腐食性の金属からなる電極と、
半導体材料又は絶縁体材料と接着性の良い金属からなり、前記電極と接着した接着層と、
前記接着層が露出しないように、前記電極の端部及び前記接着層を覆う絶縁保護膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、
前記絶縁保護膜で覆われる前記電極の端部及び前記接着層には、前記電極及び前記接着層を固定するための孔が開けられ、前記孔には前記絶縁保護膜が埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
神経活動電位の検出及び／又は神経への刺激を行う半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた耐腐食性の金属からなる電極と、
半導体材料又は絶縁体材料と接着性の良い金属からなり、前記電極と接着した接着層と、
前記接着層が露出しないように、前記電極の端部及び前記接着層を覆う絶縁保護膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置であって、
前記絶縁保護膜で覆われる前記電極の端部及び前記接着層には、前記電極及び前記接着層を固定するための孔が開けられ、前記孔には前記絶縁保護膜が埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板に開けられた、神経線維を通すための貫通孔と、
前記貫通孔の側面に設けられた耐腐食性の金属からなる電極と、
前記半導体基板の両面のそれぞれに前記電極を挟み込むように形成された絶縁保護膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置であって、
前記貫通孔は、側面に突起を有し、
前記電極は前記突起に嵌着されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の半導体装置であって、
前記電極の側面は錐体状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に絶縁層が挟まれているＳＯＩ基板を用いた半導体装置であって、
前記ＳＯＩ基板の第１のシリコン層を加工して形成された薄膜ダイヤフラムと、
前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン層を加工して形成されたリムとを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置であって、
前記薄膜ダイヤフラムは、神経線維を通すための貫通孔を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の半導体装置であって、
前記薄膜ダイヤフラムは、配線及び／又は電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
生体の自律神経からの信号を検知する神経電極と、
前記神経電極により検知された前記自律神経からの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段により処理された信号を解析する信号解析手段とを有することを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載の神経インターフェイスシステムであって、
前記神経電極は、神経線維を通すための複数の貫通孔を有する請求項１、２、５、６、７、８、９又は１０のいずれか１項に記載の半導体装置であることを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【請求項１３】
神経刺激のための信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段により生成された前記信号を処理し神経を刺激する信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段により生成された前記信号を印加して神経を刺激する神経電極とを有することを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【請求項１４】
請求項１３記載の神経インターフェイスシステムであって、
前記神経電極は、神経線維を通すための複数の貫通孔を有する請求項１、２、５、６、７、８、９又は１０のいずれか１項に記載の半導体装置であることを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【請求項１５】
請求項１１又は１２記載の神経インターフェイスシステムであって、
前記信号処理手段による処理は、信号増幅及びノイズ除去であることを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【請求項１６】
請求項１１、１２又は１５のいずれか１項に記載の神経インターフェイスシステムであって、
前記自律神経からの信号は、神経活動電位であることを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【請求項１７】
請求項１３又は１４記載の神経インターフェイスシステムであって、
前記神経を刺激する信号は、擬似的な神経活動電位であることを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【請求項１８】
請求項１１、１２、１３、１４、１５、１６又は１７のいずれか１項に記載の神経インターフェイスシステムであって、
前記神経電極は、生体内に埋植され、神経に固定されることを特徴とする神経インターフェイスシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及び神経インターフェイスシステムに関し、特に、生体の神経線維と接触し、神経活動電位の計測又は神経への刺激を行うための電極及びシステムなどの構成に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討した技術として、神経インターフェイスシステムにおいては、以下の技術が考えられる。
【０００３】
例えば、各臓器に情報を伝達する神経ネットワークにおいて、神経活動電位を検出する場合、神経束に導線を巻き付けたり、針を差し込んだりする方法で神経活動電位の検出が行われていた。
【０００４】
この方式は、神経線維ごとの神経活動電位を分けて計測するものではなく、その神経活動電位の信号は、１チャンネルとして計測されていた。
【０００５】
また、神経線維の自己再生機能を利用して、メッシュ状に加工した神経電極に神経線維を貫通させ、電極を神経線維に固定し、貫通した神経線維ごとの活動電位を複数の電極で同時に計測する方法が考えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
また、神経活動電位を検出するための電極、マイクロポンプ又はマイクロプローブなどの薄膜ダイヤフラムを有するマイクロマシン技術においては、強アルカリ性の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液によるシリコン基板の微細加工形成技術が考えられる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
テイファン・アキン（Ｔａｙｆｕｎ　Ａｋｉｎ）、外３名，「ア・マイクロマシンド・シリコン・シーブ・エレクトロード・フォー・ナーブ・リジェネレーション・アプリケーションズ（Ａ　Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｓｉｅｖｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｆｏｒ　Ｎｅｒｖｅ　Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」，（米国），アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・バイオメディカル・エンジニアリング（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），１９９４年４月，第４１巻，第４号，ｐ．３０５−３１３
【０００８】
【非特許文献２】
高橋清、外８名編，「センサの辞典」，朝倉書店，１９９１年５月，ｐ．１２８−１５９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のような、電極を神経線維に固定して、神経活動電位を計測する技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【００１０】
例えば、当該電極に用いられる金（Ａｕ）などの貴金属は、非常に安定材料である為、酸化性が弱くシリコン（Ｓｉ）などの材料に直接接着させることはできない。そのため、当該電極をシリコン基板や酸化膜などに接着させるには、卑金属であるチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの材料からなる接着層を介して接着させなければならない。
【００１１】
しかし、金（Ａｕ）などの貴金属と電極電位的に卑であるチタン（Ｔｉ）などの卑金属とが接触している状態では、体液・血液などの電解質が存在する生体内環境下において、局所的電池作用が生ずる。このとき、金（Ａｕ）などの貴金属に対して卑であるチタン（Ｔｉ）などの卑金属は、著しく電気化学的腐食を生ずることが考えられる。そして、当該電極が、生体内の腐食環境下に埋植される場合、接着層の腐食・溶解により電極が剥離してしまうおそれがある。また、生体外にある計測機器と接続するための配線と電極との接続に関しても、同様の理由により、断線に至ることが考えられる。
【００１２】
また、電解質が多量に存在する生体内において、デバイスの腐食などにより生体組織に影響を与えることが考えられるため、耐腐食性に優れたデバイスの構造が望まれる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）などの貴金属を材料とする神経活動電位計測用又は神経刺激用の電極において、電解質が高濃度にある腐食環境下であっても、耐腐食性を保持することのできる構造を有した半導体装置を提供するものである。
【００１４】
また、前記のような、薄膜ダイヤフラムを形成する技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことも明らかとなった。
【００１５】
例えば、当該薄膜ダイヤフラム形成技術は、下の層をサイドエッチングにより除去して、その上に堆積させた層を残す技術であり、その厚さは数μｍ程度が限界である。したがって、数十μｍ以上の厚さを有する薄膜ダイヤフラムを形成し、さらに、ダイヤフラム部分をメッシュ状にすることは困難である。
【００１６】
そこで、本発明の他の目的は、薄膜ダイヤフラム構造を有するマイクロマシン基板技術において、ダイヤフラムを所望の厚さに加工形成することのできる構造を有する半導体装置を提供するものである。
【００１７】
また、前記のような神経インターフェイスシステムの技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことも明らかとなった。
【００１８】
神経活動電位の検出を行う際、前述のような神経束に導線を巻き付けたり、針を差し込んだりする方法では、蛋白質等が堆積することがあり、また、麻酔下の非定常な状態での短期の計測にしか適さない。長期的には計測した神経活動電位の信頼性が問題となっていた。
【００１９】
そのため、神経インターフェイスシステムとして、長期間安定した状態で神経からの信号を恒常的に検出できるようなデバイス及びシステムの開発が必要となっている。
【００２０】
また、神経線維ごとの機能に分けて、神経活動電位を検出することができるデバイス及びシステムの開発も必要とされている。
【００２１】
そこで、本発明の他の目的は、神経再生型電極などの電極を用いた神経インターフェイスシステムにおいて、長期間、神経線維ごとに、安定した信号を恒常的に検出することができる神経インターフェイスシステムを提供するものである。
【００２２】
また、本発明の他の目的は、神経線維ごとに固定した電極に信号を入力することで、各神経線維に対応した各機能の制御を行うことができる神経インターフェイスシステムを提供するものである。
【００２３】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２５】
（１）本発明による半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に開けられた、神経線維を通すための貫通孔と、前記貫通孔の側面及び／又は周辺に設けられた耐腐食性の金属からなる電極と、半導体材料又は絶縁体材料と接着性の良い金属からなり前記電極と接着した接着層と、前記接着層が露出しないように、前記電極の端部及び前記接着層を覆う絶縁保護膜とを有することを特徴とするものである。
【００２６】
（２）前記（１）による半導体装置は、さらに、前記絶縁保護膜で覆われる前記電極の端部及び前記接着層には、前記電極及び前記接着層を固定するための孔が開けられ、前記孔には前記絶縁保護膜が埋め込まれていることを特徴とするものである。
【００２７】
（３）本発明による半導体装置は、神経活動電位の検出及び／又は神経への刺激を行う半導体装置であって、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた耐腐食性の金属からなる電極と、半導体材料又は絶縁体材料と接着性の良い金属からなり前記電極と接着した接着層と、前記接着層が露出しないように、前記電極の端部及び前記接着層を覆う絶縁保護膜とを有することを特徴とするものである。
【００２８】
（４）前記（３）による半導体装置は、さらに、前記絶縁保護膜で覆われる前記電極の端部及び前記接着層には、前記電極及び前記接着層を固定するための孔が開けられ、前記孔には前記絶縁保護膜が埋め込まれていることを特徴とするものである。
【００２９】
（５）本発明による半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に開けられた神経線維を通すための貫通孔と、前記貫通孔の側面に設けられた耐腐食性の金属からなる電極と、前記半導体基板の両面のそれぞれに前記電極を挟み込むように形成された絶縁保護膜とを有することを特徴とするものである。
【００３０】
（６）前記（５）による半導体装置は、さらに、前記貫通孔には、側面に突起があり、前記電極は前記突起に嵌着されていることを特徴とするものである。
【００３１】
（７）前記（５）、（６）による半導体装置は、さらに、前記電極の側面は錐体状であることを特徴とするものである。
【００３２】
（８）本発明による半導体装置は、第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に絶縁層が挟まれているＳＯＩ基板を用いた半導体装置であって、前記ＳＯＩ基板の第１のシリコン層を加工して形成された薄膜ダイヤフラムと、前記ＳＯＩ基板の第２のシリコン層を加工して形成されたリムとを有することを特徴とするものである。
【００３３】
（９）前記（８）による半導体装置は、さらに、前記薄膜ダイヤフラムは、神経線維を通すための貫通孔を有することを特徴とするものである。
【００３４】
（１０）前記（８）、（９）による半導体装置は、さらに、前記薄膜ダイヤフラムには、配線及び／又は電極があることを特徴とするものである。
【００３５】
（１１）本発明による神経インターフェイスシステムは、生体の自律神経からの信号を検知する神経電極と、前記神経電極により検知された前記自律神経からの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段により処理された信号を解析する信号解析手段とを有することを特徴とするものである。
【００３６】
（１２）前記（１１）による神経インターフェイスシステムは、さらに、前記神経電極が、神経線維を通すための複数の貫通孔を有する前記（１）、（２）、（５）〜（１０）記載の半導体装置であることを特徴とするものである。
【００３７】
（１３）本発明による神経インターフェイスシステムは、神経を刺激する信号を生成する信号処理手段と、前記信号処理手段により生成された前記信号を印加して神経を刺激する神経電極とを有することを特徴とするものである。
【００３８】
（１４）前記（１３）による神経インターフェイスシステムは、さらに、前記神経電極が、神経線維を通すための複数の貫通孔を有する前記（１）、（２）、（５）〜（１０）記載の半導体装置であることを特徴とするものである。
【００３９】
（１５）前記（１１）、（１２）による神経インターフェイスシステムは、さらに、前記信号処理手段による処理が、信号増幅及びノイズ除去であることを特徴とするものである。
【００４０】
（１６）前記（１１）、（１２）、（１５）による神経インターフェイスシステムは、さらに、前記自律神経からの信号が、神経活動電位であることを特徴とするものである。
【００４１】
（１７）前記（１３）、（１４）による神経インターフェイスシステムは、さらに、前記神経を刺激する信号が、擬似的な神経活動電位であることを特徴とするものである。
【００４２】
（１８）前記（１１）〜（１７）による神経インターフェイスシステムは、さらに、前記神経電極が、生体内に埋植され、神経に固定されることを特徴とするものである。
【００４３】
よって、前記（１）、（２）、（３）、（４）の半導体装置によれば、貴金属からなる電極と接着している接着層を絶縁保護膜で覆うことにより、当該接着層が腐食雰囲気にさらされなくなるため、電解質が高濃度にある腐食環境下であっても、耐腐食性を保持することができる。
【００４４】
また、前記（２）、（４）の半導体装置によれば、絶縁保護膜で覆われる電極の端部及び接着層に孔を開け、絶縁保護膜を埋め込むことにより、電極の上層の絶縁保護膜と接着層の下層の絶縁保護膜とで電極及び接着層を挟み込み構造となり、電極及び接着層の剥離が防止される。
【００４５】
また、前記（５）、（６）、（７）の半導体装置によれば、貫通孔の側面にある電極を上層絶縁保護膜と下層絶縁保護膜とで挟み込む構造となり、当該電極の剥離が防止される。また、電極を貫通孔の側面に形成することにより、電極と神経線維との接触面積が広がり、微小な神経活動電位の検出が可能となる。
【００４６】
また、前記（６）の半導体装置によれば、貫通孔側面の凸部と電極の凹部が嵌め合わさって接着されるため、電極の剥離が、より防止される。
【００４７】
また、前記（７）の半導体装置によれば、電極の側面が錐体状であるため、神経線維を通しやすくなる。
【００４８】
また、前記（８）、（９）、（１０）の半導体装置によれば、ＳＯＩ基板を用いる構造となるので、プロセスの変更をすることなく、所望の厚さのダイヤフラムを形成することが可能となる。また、ＳＯＩ基板の第１のシリコン層と第２のシリコン層を別々に加工することにより、様々な形状のダイヤフラムを形成することが可能となる。
【００４９】
また、前記（１１）、（１２）、（１５）、（１６）、（１８）の神経インターフェイスシステムによれば、メッシュ状の電極を介して、神経からの信号を多チャンネルで検出することが可能となり、自律神経の異常な活動などを検出することが可能となる。
【００５０】
また、前記（１３）、（１４）、（１７）、（１８）の神経インターフェイスシステムによれば、神経線維ごとに固定した多チャンネルの電極に電気的シグナルを入力することで、各神経線維に対応した各機能の制御が可能となり、自律神経に電気的刺激を加えることができる。また、直接、所望の神経線維に電気信号を入力することで、他の神経に影響を与えず、誤動作の少ない神経インターフェイスシステムを実現することができる。
【００５１】
また、前記（１１）〜（１８）の神経インターフェイスシステムによれば、電極を生体内に埋植して電極を神経束に直接固定するため、生体にかかるストレスが少なくなり、恒常的に安定した神経活動電位を検出することが可能となる。
【００５２】
また、微小チップ内に電極と増幅系・信号処理系の各回路を実装することにより、日常生活を制約する大掛かりな装置を必要としない埋め込み型の神経インターフェイスシステムを実現することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の半導体装置において、神経活動電位の計測用及び神経への刺激用の電極（以下、「神経電極」という）を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’切断面における断面図である。
【００５５】
まず、図１により、本実施の形態１の半導体装置において、神経線維を通す貫通孔周辺に設けられた神経電極の構成の一例を説明する。
【００５６】
本実施の形態１の神経電極は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板１５、電極１１、接着層１６、上層絶縁保護膜１７、下層絶縁保護膜１８などからなり、シリコン基板１５の上に下層絶縁保護膜１８が設けられ、シリコン基板１５に開けられた神経線維を通すための貫通孔１３の周辺に神経線維と接触するための電極１１が設けられ、電極１１の下部に接着層１６が接着して設けられ、電極１１と接着層１６を上層絶縁保護膜１７と下層絶縁保護膜１８とが覆っている。
【００５７】
そして、電極１１の上面の一部は、神経線維と接触するため露出しているが、接着層１６は露出せず外部環境にさらされないようになっている。
【００５８】
電極１１は、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの耐腐食性の貴金属又はこれらの合金を材料とし、神経線維と接触して神経活動電位を検出し、又は、神経へ刺激を与えるものである。電極１１の中央には神経線維を通すための貫通孔１３が開けられている。電極１１の形状は、図１では円形を例に示しているが、四角形など、どんな形状であってもよい。
【００５９】
接着層１６は、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とし、シリコン基板や絶縁保護膜などとの接着性を確保するものである。
【００６０】
上層絶縁保護膜１７及び下層絶縁保護膜１８は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする保護膜であり、シリコン基板１５の上に設けられ、電極１１の端部には上層絶縁保護膜１７からなるスペーサ１４が設けられ接着層１６が露出しないようになっている。
【００６１】
次に、本実施の形態１の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態１における半導体装置は、次のような工程で製造される。
【００６２】
（１）シリコン基板１５の上に窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜１８を形成する。
【００６３】
（２）下層絶縁保護膜１８の上に、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層１６を形成する。
【００６４】
（３）接着層１６の上に、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属又はこれらの合金を材料とする電極１１を形成する。
【００６５】
（４）チップ表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜１７を形成する。
【００６６】
（５）神経線維と接触するための電極露出部分及び貫通孔１３の部分の上層絶縁保護膜１７、下層絶縁保護膜１８及びシリコン基板１５をエッチングにより除去する。このとき、電極１１の端面を絶縁保護膜で保護するため、異方性エッチング、スパッタエッチング又は研磨などによりスペーサ１４を形成する。スペーサ１４は、電極端面を保護する構造であればよく、電極端部のみに形成される構造だけではなく、電極上部にオーバーラップして形成されるものであってもよい。
【００６７】
スペーサ１４は、接着層１６の露出を防止して、電解液との接触をなくすものであり、これにより、当該半導体装置の耐腐食性が向上する。
【００６８】
従って、本実施の形態１の半導体装置によれば、上層絶縁保護膜１７及び下層絶縁保護膜１８により貴金属電極下部の接着層１６が覆われることになるので、接着層１６が腐食雰囲気にさらされなくなる。そのため、電解質が高濃度である腐食環境下であっても、耐腐食性を保持することが可能となる。
【００６９】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の半導体装置において、神経電極を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’切断面における断面図である。
【００７０】
まず、図２により、本実施の形態２の半導体装置において、神経線維を通すための貫通孔周辺に設けられた神経電極の構成の一例を説明する。
【００７１】
本実施の形態２の神経電極は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板２５、電極２１、接着層２６、上層絶縁保護膜２７、下層絶縁保護膜２８などからなり、シリコン基板２５に開けられた神経線維を通すための貫通孔２３の周辺に神経線維と接触するための電極２１が設けられ、電極２１の下部に接着層２６が接着して設けられ、電極２１と接着層２６を上層絶縁保護膜２７と下層絶縁保護膜２８とが覆っている。また、上層絶縁保護膜２７で覆われた電極２１と接着層２６の端部には、電極２１及び接着層２６を固定するための孔２２が開けられており、この孔２２には、上層絶縁保護膜２７が埋め込まれている。また、前記実施の形態１と同様に、接着層２６は露出せず外部環境にさらされないようになっている。
【００７２】
電極２１は、前記実施の形態１の電極１１と同じ機能を持つ。形状は、図２では正方形で示してあるが、これに限定されることなく、円形や長方形など、どんな形状であってもよい。
【００７３】
接着層２６は、前記実施の形態１の接着層１６と同様に、シリコン基板や絶縁保護膜などとの接着性を確保するためのものである。
【００７４】
上層絶縁保護膜２７と下層絶縁保護膜２８は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする絶縁保護膜であり、シリコン基板２５の上に、電極２１及び接着層２６を挟み込みように設けられている。そして、電極２１の一部は露出しているが、接着層２６は、まったく露出しない構造となっている。
【００７５】
次に、本実施の形態２の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態２の半導体装置は、次のような工程で製造される。
【００７６】
（１）シリコン基板２５の上に窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜２８を形成する。
【００７７】
（２）下層絶縁保護膜２８の上に、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層２６を形成する。
【００７８】
（３）接着層２６の上に、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属又はこれらの合金を材料とする電極２１を形成する。
【００７９】
（４）電極２１の端部に、電極２１及び接着層２６を貫通する孔２２を開ける。孔２２の形状は、正方形に限らず、円形や長方形など、どんな形状であってもよい。
【００８０】
（５）チップ表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜２７を形成する。このとき、上層絶縁保護膜２７で孔２２を埋める。
【００８１】
（６）神経線維と接触するための電極露出部分及び貫通孔２３の部分の上層絶縁保護膜２７、下層絶縁保護膜２８及びシリコン基板２５をエッチングにより除去する。このとき、電極２１の端面を保護するため、前記実施の形態１と同様にしてスペーサを形成する。
【００８２】
従って、本実施の形態２の半導体装置によれば、前記実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、電極２１及び接着層２６は、孔２２を通して、上層絶縁保護膜２７と下層絶縁保護膜２８とで挟み込まれることになるので、接着強度が向上することとなる。
【００８３】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３の半導体装置において、ワイヤボンディングパッドの構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’切断面における断面図である。
【００８４】
まず、図３により、本実施の形態３の半導体装置において、神経活動電位計測・神経刺激用チップに使用されるワイヤボンディングパッドの構成の一例を説明する。
【００８５】
本実施の形態３のワイヤボンディングパッドは、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板３５、ボンディングパッド３１、接着層３６、上層絶縁保護膜３３、下層絶縁保護膜３４などから構成され、シリコン基板３５の上方にボンディングパッド３１が設けられ、ボンディングパッド３１の下部に接着層３６が接着して設けられ、ボンディングパッド３１と接着層３６を上層絶縁保護膜３３と下層絶縁保護膜３４とが覆っている。また、上層絶縁保護膜３３で覆われたボンディングパッド３１の端部と接着層３６には、ボンディングパッド３１を固定するための孔３２が開けられており、この孔３２には、上層絶縁保護膜３３が埋め込まれている。また、前記実施の形態１及び２と同様に、接着層３６は露出せず外部環境にさらされないようになっている。
【００８６】
ボンディングパッド３１には、メタルワイヤ３７が接続される。ボンディングパッド３１の形状は、図３では正方形であるが、これに限定されることなく、円形や長方形など、どんな形状であってもよい。
【００８７】
接着層３６は、前記実施の形態１の接着層１６と同様に、シリコン基板や絶縁保護膜などとの接着性を確保するためのものである。
【００８８】
上層絶縁保護膜３３と下層絶縁保護膜３４は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする絶縁保護膜であり、シリコン基板３５の上に、ボンディングパッド３１の端部及び接着層３６を挟み込みように設けられ、ボンディングパッド３１の一部は露出しているが、接着層３６は、まったく露出しないようになっている。
【００８９】
次に、本実施の形態３の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態３の半導体装置は、次のような工程で製造される。
【００９０】
（１）シリコン基板３５の上に窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜３４を形成する。
【００９１】
（２）下層絶縁保護膜３４の上に、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層３６を形成する。
【００９２】
（３）接着層３６の上に、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属又はこれらの合金を材料とするボンディングパッド３１を形成する。
【００９３】
（４）ボンディングパッド３１の端部にボンディングパッド３１及び接着層３６を貫通する孔３２を開ける。この孔３２の形状は、正方形に限らず、円形や長方形など、どんな形状であってもよい。
【００９４】
（５）チップ表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜３３を形成する。このとき、上層絶縁保護膜で、孔３２を埋める。
【００９５】
（６）ボンディングパッド３１の開口部分すなわちメタルワイヤと接続される露出部分の上層絶縁保護膜３３をエッチングにより除去する。このとき、ボンディングパッド３１の端面を保護するため、前記実施の形態１と同様にしてスペーサを形成する。
【００９６】
従って、本実施の形態３の半導体装置によれば、前記実施の形態１及び前記実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００９７】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４の半導体装置において、神経電極の構造を示す断面図である。
【００９８】
まず、図４により、本実施の形態４の半導体装置において、神経線維を通すための貫通孔側面に設けられた神経電極の構成の一例を説明する。
【００９９】
本実施の形態４の神経電極は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板４５、電極４１、接着層４６、上層絶縁保護膜４７、下層絶縁保護膜４８などから構成され、シリコン基板に開けられた神経線維を通す貫通孔４３の側面に神経線維と接触するための電極４１が設けられ、電極４１に接着して接着層４６が設けられ、電極４１の端部と接着層４６を上層絶縁保護膜４７及び下層絶縁保護膜４８が覆っている。また、電極４１と接着層４６には、電極を固定するための孔４２が開けられており、この孔４２には、上層絶縁保護膜４７が埋め込まれている。また、前記実施の形態１〜３と同様に、接着層４６は露出せず外部環境にさらされないようになっている。
【０１００】
電極４１は、前記実施の形態１の電極１１と同じ材料からなり、神経線維と接触して神経活動電位計測又は神経刺激を行うためのものである。図４において、電極の側面は、神経線維を通りやすくするため、錐体状の形状となっている。
【０１０１】
接着層４６は、前記実施の形態１の接着層１６と同様に、シリコン基板や絶縁保護膜などとの接着性を確保するためのものである。
【０１０２】
上層絶縁保護膜４７及び下層絶縁保護膜４８は、前記実施の形態１の上層絶縁保護膜１７と同じ材料からなり、シリコン基板４５の両面に設けられ、電極４１及び接着層４６を挟み込みようになっている。そして、電極４１の一部である側面は露出しているが、接着層４６は、まったく露出しないようになっている。
【０１０３】
次に、本実施の形態４の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態４の半導体装置は、次のような工程で製造される。
【０１０４】
（１）シリコン基板４５に神経線維を通すための貫通孔４３を開ける。
【０１０５】
（２）シリコン基板４５の両面及び貫通孔４３の側面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜４８を形成する。
【０１０６】
（３）下層絶縁保護膜４８上の貫通孔４３側面部分及びその周辺部分に、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層４６を形成する。
【０１０７】
（４）接着層４６の上に、金（Ａｕ），プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属又はこれらの合金を材料とする電極４１を形成する。
【０１０８】
（５）電極４１の端部及び接着層４６に孔４２を開ける。図４においては、シリコン基板４５の両面に対して孔４２が開けられている。この孔４２の形状は、正方形に限らず、円形や長方形など、どんな形状であってもよい。
【０１０９】
（６）シリコン基板４５の両面に窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜４７を形成する。このとき、上層絶縁保護膜４７により、孔４２は埋められる。
【０１１０】
（７）電極露出部分すなわち貫通孔４３の側面及びその周辺部分の上層絶縁保護膜４７をエッチングにより除去する。このとき、電極４１の端面を保護するため、前記実施の形態１と同様にしてスペーサ４４を形成する。
【０１１１】
従って、本実施の形態４の半導体装置によれば、電極の面積を拡大することが可能となり、信号検出感度が向上する。また、電極端部が露出しないため、耐腐食性が向上する。さらに、電極４１及び接着層４６は、孔４２を通して、上層絶縁保護膜４７と下層絶縁保護膜４８とで挟み込まれることになるので、接着強度が向上することとなる。
【０１１２】
（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５の半導体装置において、センサー用パッド型電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’切断面における断面図である。
【０１１３】
まず、図５により、本実施の形態５の半導体装置において、センサー用パッド型電極の構成の一例を説明する。
【０１１４】
本実施の形態５のセンサー用パッド型電極は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板５５、電極５１、メッキ電極５３、接着層５６、上層絶縁保護膜５７、下層絶縁保護膜５８などからなり、シリコン基板５５の上方に電極５１が設けられ、電極５１の上にメッキ電極５３が設けられ、電極５１の下部に接着層５６が接着して設けられ、電極５１と接着層５６を上層絶縁保護膜５７と下層絶縁保護膜５８とが覆っている。また、電極５１と接着層５６には、電極５１を固定するための孔５２が開けられており、この孔５２には、上層絶縁保護膜５７が埋め込まれている。また、前記実施の形態１〜４と同様に、接着層５６は露出せず外部環境にさらされないようになっている。
【０１１５】
電極５１の上には、センサー用のメッキ電極５３が接着される。電極５１及びメッキ電極５３の形状は、図５では正方形であるが、これに限定されることなく、円形や長方形など、どんな形状であってもよい。
【０１１６】
接着層５６は、前記実施の形態１の接着層１６と同様に、シリコン基板や絶縁保護膜などとの接着性を確保するためのものである。
【０１１７】
上層絶縁保護膜５７と下層絶縁保護膜５８は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする絶縁保護膜であり、シリコン基板５５の上に、電極５１及び接着層５６を挟み込みように設けられ、接着層５６は、まったく露出しないようになっている。
【０１１８】
次に、本実施の形態５の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態５の半導体装置は、次のような工程で製造される。
【０１１９】
（１）シリコン基板５５の上に窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜５８を形成する。
【０１２０】
（２）下層絶縁保護膜５８の上に、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層５６を形成する。
【０１２１】
（３）接着層５６の上に、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属又はこれらの合金を材料とする電極５１を形成する。
【０１２２】
（４）電極５１の端部及び接着層５６に孔５２を開ける。この孔５２の形状は、四角形に限らず、円形や長方形など、どんな形状であってもよい。
【０１２３】
（５）チップ表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜５７を形成する。このとき、上層絶縁保護膜５７で、孔５２を埋める。
【０１２４】
（６）電極５１の開口部分すなわちメッキ電極５３と接続される部分の上層絶縁保護膜５７をエッチングにより除去する。このとき、電極５１の端面を保護するため、前記実施の形態１〜４と同様にしてスペーサ５４を形成する。
【０１２５】
（７）電極５１の上に、メッキ法により、金（Ａｕ）などの金属を堆積してメッキ電極５３を形成する。
【０１２６】
従って、本実施の形態５の半導体装置によれば、前記実施の形態１〜４と同様の効果が得られる。
【０１２７】
（実施の形態６）
図６は本発明の実施の形態６の半導体装置において、神経電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’切断面における断面図である。
【０１２８】
まず、図６により、本実施の形態６の半導体装置において、神経線維を通す貫通孔側面に設けられた神経電極の構成の一例を説明する。
【０１２９】
本実施の形態６の神経電極は、例えば、シリコン（Ｓｉ）層６５、電極６１、上層絶縁保護膜６７、層間絶縁保護膜６８、下層絶縁保護膜６４、配線６９などから構成され、シリコン層６５に開けられた神経線維を通すための貫通孔６３の側面に神経線維と接触するための電極６１が設けられ、下層絶縁保護膜６４の上にシリコン層６５が設けられ、シリコン層６５の上に層間絶縁保護膜６８が設けられ、層間絶縁保護膜６８の上に配線６９が設けられ、配線６９の上に上層絶縁保護膜６７が設けられ、上層絶縁保護膜６７と下層絶縁保護膜６４とが電極６１の端部を両面から挟み込むようにして覆っている。
【０１３０】
電極６１は、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの耐腐食性の貴金属又はこれらの合金からなり、神経線維と接触して神経活動電位計測又は神経刺激を行うものである。また、電極６１には、シリコン基板及び絶縁保護膜との接着性を確保するため、前記実施の形態１〜５と同様にして接着層を設けてもよい。
【０１３１】
上層絶縁保護膜６７、層間絶縁保護膜６８及び下層絶縁保護膜６４は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの材料からなり、絶縁性を確保し、配線や電極を保護するためのものである。
【０１３２】
次に、本実施の形態６の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態６の半導体装置は、次のような工程で製造される。
【０１３３】
（１）シリコン基板上（図示せず）に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜６４を形成する。
【０１３４】
（２）下層絶縁保護膜６４の上に、シリコン層６５を形成する。
【０１３５】
（３）シリコン層６５の上に層間絶縁保護膜６８を形成する。
【０１３６】
（４）貫通孔６３部分の層間絶縁保護膜６８をエッチングにより除去する。
【０１３７】
（５）露出した貫通孔６３部分のシリコン層６５をエッチングにより除去する。このとき、電極を保護するため、下層絶縁保護膜６４はエッチングしないようにする。
【０１３８】
（６）タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）などの材料で配線６９を形成する。
【０１３９】
（７）金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）などの金属又はそれらの合金を材料とする電極６１をリング状に形成する。また、このとき、電極６１には、接着性を確保するため、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層を設けてもよい。
【０１４０】
（８）チップ表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜６７を形成する。
【０１４１】
（９）電極露出部すなわち貫通孔６３部分の上層絶縁保護膜６７及び下層絶縁保護膜６４をエッチングにより除去する。
【０１４２】
以上、本実施の形態６の半導体装置の製造方法を説明したが、製造方法は、これに限定されるものではない。例えば、シリコン層６５は、ＣＶＤ法により形成された多結晶シリコンであってもよく、また、最初からシリコン基板やＳＯＩ基板を用いてもよい。
【０１４３】
従って、本実施の形態６の半導体装置によれば、上層絶縁保護膜６７及び下層絶縁保護膜６４が電極６１の上下に形成され、電極６１を挟み込むような構造となるため、電極６１の剥離が防止される。
【０１４４】
（実施の形態７）
図７は本発明の実施の形態７の半導体装置において、神経電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’切断面における断面図である。
【０１４５】
まず、図７により、本実施の形態７の半導体装置において、神経線維を通す貫通孔側面に設けられた神経電極の構成の一例を説明する。
【０１４６】
本実施の形態７の神経電極は、例えば、シリコン（Ｓｉ）層７５、電極７１、上層絶縁保護膜７７、層間絶縁保護膜７８、下層絶縁保護膜７４、配線７９などからなり、シリコン層７５に開けられた神経線維を通す貫通孔７３の側面に神経線維と接触するための電極７１が設けられ、下層絶縁保護膜７４の上にシリコン層７５が設けられ、シリコン層７５の上に層間絶縁保護膜７８が設けられ、層間絶縁保護膜７８の上に配線７９が設けられ、配線７９の上に上層絶縁保護膜７７が設けられ、上層絶縁保護膜７７と下層絶縁保護膜７４が電極７１の端部を両面から挟み込むようにして覆っている。
【０１４７】
シリコン層７５、電極７１、上層絶縁保護膜７７、層間絶縁保護膜７８、下層絶縁保護膜７４などの材質・機能などは、前記実施の形態６とほぼ同じである。
【０１４８】
しかし、前記実施の形態６と異なり、シリコン層７５の貫通孔７３部分には突起が設けられ、電極７１は当該突起に対して嵌め合うような形で形成されている。
【０１４９】
次に、本実施の形態７の半導体装置の製造方法を説明する。
【０１５０】
本実施の形態７の製造方法は、前記実施の形態６とほぼ同じである。異なる点は、前記実施の形態６に記載した製造方法の（２）において、シリコン層７５の貫通孔７３部分に凸型のシリコン層７５を形成することと、（７）において当該凸型のシリコン層７５に嵌め合うように電極７１を形成することである。
【０１５１】
従って、本実施の形態７の半導体装置によれば、前記実施の形態６と同様の効果が得られるとともに、シリコン層７５の貫通孔部分の凸部と電極７１の貫通孔部分の凹部との嵌め合わせにより、電極７１の脱落がより防止される。
【０１５２】
尚、本実施の形態７では、貫通孔側に凸部を設け、電極側に凹部を設ける場合について説明したが、反対に、貫通孔側に凹部を設け、電極側に凸部を設けても、同様の効果を得ることができる。
【０１５３】
（実施の形態８）
図８は本発明の実施の形態８の半導体装置において、神経電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’切断面における断面図である。
【０１５４】
まず、図８により、本実施の形態８の半導体装置において、神経線維を通す貫通孔側面に設けられた神経電極の構成の一例を説明する。
【０１５５】
本実施の形態８の神経電極は、例えば、シリコン（Ｓｉ）層８５、電極８１、上層絶縁保護膜８７、層間絶縁保護膜８８、下層絶縁保護膜８４、配線８９などからなり、シリコン層８５に開けられた神経線維を通すための錐体状の貫通孔８３の側面に神経線維と接触する電極８１が設けられ、下層絶縁保護膜８４の上にシリコン層８５が設けられ、シリコン層８５の上に層間絶縁保護膜８８が設けられ、層間絶縁保護膜８８の上に配線８９が設けられ、配線８９の上に上層絶縁保護膜８７が設けられ、上層絶縁保護膜８７と下層絶縁保護膜８４とが電極８１の端部を両面から挟み込むようにして覆っている。
【０１５６】
シリコン層８５、電極８１、上層絶縁保護膜８７、層間絶縁保護膜８８、下層絶縁保護膜８４などの材質・機能などは、前記実施の形態６、７とほぼ同じである。
【０１５７】
しかし、前記実施の形態６、７と異なり、シリコン層８５及び電極８１の貫通孔８３部分の形状は、錐体状となっており、神経線維との接触面積を拡大するとともに、神経線維が通りやすくなっている。
【０１５８】
次に、本実施の形態８の半導体装置の製造方法を説明する。
【０１５９】
当該製造方法は、前記実施の形態６、７とほぼ同じである。異なる点は、前記実施の形態６に記載した製造方法の（２）において、シリコン層８５の貫通孔８３部分に錐体状のシリコン層８５を形成することと、（７）において同じように錐体状の電極８１を形成することである。
【０１６０】
従って、本実施の形態８の半導体装置によれば、前記実施の形態６と同様の効果が得られるとともに、電極面積が拡大され、神経線維が通りやすくなり、信号検出感度が向上する。
【０１６１】
（実施の形態９）
図９は本発明の実施の形態９の半導体装置において、単層配線方式の神経電極の構造を示す断面図である。
【０１６２】
まず、図９により、本実施の形態９の半導体装置において、ＳＯＩ基板を用いて作成した単層配線方式の神経電極の構成の一例を説明する。
【０１６３】
本実施の形態９の神経電極は、例えば、ベースシリコン層９１とＳＯＩ層（シリコン層）９３との間にボックス酸化シリコン層（ＳｉＯ２）９２が挟まれた構造のＳＯＩ基板、下層絶縁保護膜９４、電極・配線９５、上層絶縁保護膜９６、絶縁膜によるエッチングマスク９７などからなり、ＳＯＩ層９３、下層絶縁保護膜９４、電極・配線９５、上層絶縁保護膜９６などにより神経電極である薄膜ダイヤフラムが形成され、ボックス酸化シリコン層９２、ベースシリコン層９１、エッチングマスク９７などによりリムが形成されている。
【０１６４】
薄膜ダイヤフラムに開けられた神経線維を通すための貫通孔９８の側面に電極・配線９５が露出しており、神経線維と接触するようになっている。
【０１６５】
電極・配線９５は、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの耐腐食性の貴金属又はこれらの合金を材料とし、その下には、シリコン基板などとの接着性を確保するため、前記実施の形態１〜８と同様にチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層が設けられている。
【０１６６】
次に、本実施の形態９の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態９の半導体装置は、次のような工程で製造される。
【０１６７】
（１）ベースシリコン層９１、ボックス酸化シリコン層９２、ＳＯＩ層９３からなるＳＯＩ基板上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜９４を形成する。
【０１６８】
（２）下層絶縁保護膜９４の上に、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層を形成し、その上に、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属又はこれらの合金を材料とする電極・配線９５を形成する。
【０１６９】
（３）チップ表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜９６を形成する。
【０１７０】
（４）電極開口部すなわち貫通孔９８の部分の上層絶縁保護膜９６をエッチングにより除去する。このとき、ＳＯＩ層９３が露出しないように、下層絶縁保護膜９４でエッチストップする。
【０１７１】
（５）ＳＯＩ基板の裏面のベースシリコン層９１上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする絶縁膜のエッチングマスク９７を形成する。
【０１７２】
（６）ダイヤフラム開口部９９の絶縁膜のエッチングマスク９７及びベースシリコン層９１をエッチングにより除去する。
【０１７３】
（７）電極・配線９５をマスクにして、下層絶縁保護膜９４をエッチングにより除去し、ＳＯＩ層９３を露出させる。
【０１７４】
（８）貫通孔９８部分のＳＯＩ層９３をエッチングにより除去する。
【０１７５】
（９）ダイヤフラム開口部９９のボックス酸化シリコン層９２をフッ化水素（ＨＦ）水溶液により除去する。
【０１７６】
以上説明した半導体装置の製造方法によれば、電極と貫通孔の位置精度が自己整合的に決定される。また、電極と配線を同一の金属で一括して形成するため、チップ表面の平坦度が向上し、工程の単純化により高スループットが得られる。
【０１７７】
従って、本実施の形態９の半導体装置によれば、ＳＯＩ基板を用いることにより、プロセスの変更をすることなく、所望の厚さの薄膜ダイヤフラムを形成することが可能となる。また、ＳＯＩ基板の第１のシリコン層と第２のシリコン層を別々に加工することにより、様々な形状の薄膜ダイヤフラムを形成することが可能となる。
【０１７８】
（実施の形態１０）
図１０は本発明の実施の形態１０の半導体装置において、二層配線方式の神経電極の構造を示す断面図である。
【０１７９】
まず、図１０により、本実施の形態１０の半導体装置において、ＳＯＩ基板を用いて作成した二層配線方式の神経電極の構成の一例を説明する。
【０１８０】
本実施の形態１０の神経電極は、例えば、ベースシリコン層１０１とＳＯＩ層（シリコン層）１０３との間にボックス酸化シリコン層（ＳｉＯ２）１０２が挟まれた構造のＳＯＩ基板、下層絶縁保護膜１０４、電極１０５、配線１１０、上層絶縁保護膜１０６、絶縁膜によるエッチングマスク１０７などからなり、ＳＯＩ層１０３、下層絶縁保護膜１０４、電極１０５、配線１１０、上層絶縁保護膜１０６などにより神経電極である薄膜ダイヤフラムが形成され、ボックス酸化シリコン層１０２、ベースシリコン層１０１、エッチングマスク１０７などによりリムが形成されている。
【０１８１】
本実施の形態１０では、前記実施の形態９と異なり、神経線維を通すための貫通孔１０８の側面に電極１０５のみが露出しており、配線１１０は露出しない構造となっている。
【０１８２】
電極１０５は、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの耐腐食性の貴金属又はこれらの合金を材料とし、その下には、シリコン基板などとの接着性を確保するため、前記実施の形態１〜９と同様にチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層が設けられている。
【０１８３】
次に、本実施の形態１０の半導体装置の製造方法を説明する。例えば、本実施の形態１０の半導体装置は、次のような工程で製造される。
【０１８４】
（１）ベースシリコン層１０１、ボックス酸化シリコン層１０２、ＳＯＩ層１０３からなるＳＯＩ基板上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする下層絶縁保護膜１０４を形成する。
【０１８５】
（２）下層絶縁保護膜１０４の上に、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、多結晶シリコン（ＰｏｌｙＳｉ）などの材料を用いて配線１１０を形成する。
【０１８６】
（３）チップ表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする上層絶縁保護膜１０６を形成する。
【０１８７】
（４）電極開口部すなわち貫通孔１０８の部分と配線接続ホール１１１の部分の上層絶縁保護膜１０６をエッチングにより除去する。このとき、ＳＯＩ層１０３が露出しないように、下層絶縁保護膜１０４でエッチストップする。
【０１８８】
（５）金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）などの貴金属を用いて、電極１０５を形成する。電極１０５の下層には、シリコン基板などとの接着性を確保するため、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属又はこれらの合金を材料とする接着層を設ける。
【０１８９】
（６）ＳＯＩ基板の裏面のベースシリコン層１０１上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などを材料とする絶縁膜のエッチングマスク１０７を形成する。
【０１９０】
（７）ダイヤフラム開口部１０９の絶縁膜のエッチングマスク１０７及びベースシリコン層１０１をエッチングにより除去する。
【０１９１】
（８）電極１０５をマスクにして、下層絶縁保護膜１０４をエッチングにより除去し、ＳＯＩ層１０３を露出させる。
【０１９２】
（９）貫通孔１０８部分のＳＯＩ層１０３をエッチングにより除去する。
【０１９３】
（１０）ダイヤフラム開口部１０９のボックス酸化シリコン層１０２をフッ化水素（ＨＦ）水溶液により除去する。
【０１９４】
以上説明した半導体装置の製造方法によれば、電極１０５と貫通孔１０８の位置精度が自己整合的に決定される。また、電極１０５と配線１１０を別々に形成するため、外部の計測環境に応じて、電極材料を自由に変更することが可能となる。
【０１９５】
従って、本実施の形態１０の半導体装置によれば、前記実施の形態９と同様に、ＳＯＩ基板を用いることにより、プロセスの変更をすることなく、所望の厚さの薄膜ダイヤフラムや様々な形状の薄膜ダイヤフラムを形成することが可能となる。
【０１９６】
（実施の形態１１）
図１１は本発明の実施の形態１１の神経インターフェイスシステムを示す構成図、図１２は本実施の形態１１において、神経束に固定される電極を示す平面図である。
【０１９７】
まず、図１１、１２により、本実施の形態１１において、神経活動電位を計測する神経インターフェイスシステムの構成を説明する。本実施の形態１１の神経インターフェイスシステムは、例えば、神経線維を通すための複数の貫通孔を有するメッシュ状の神経電極２１２、信号処理部２１３、信号解析部２１４などから構成され、神経電極２１２と信号処理部２１３は複数の配線により接続され、信号処理部２１３と信号解析部２１４はケーブルにより接続されている。
【０１９８】
神経電極２１２は、図１２に示すように、複数の神経線維を通すための複数の貫通孔２１６を有するメッシュ状の神経電極であり、前記実施の形態１、２、４、６〜１０で説明した神経電極と同様の構造を有している。また、前記実施の形態３、５で説明したワイヤボンディングパッド又はセンサー用パッド型電極は、例えば、神経電極２１２と同一チップ内のボンディングパッド又はセンサーとして用いられる。そして、神経電極２１２などからなるチップは、生体内に埋め込まれる。
【０１９９】
信号処理部２１３は、増幅回路、ノイズ除去回路などからなり、神経電極２１２により検出された神経線維ごとの神経活動電位による信号の処理を行うものである。信号処理部２１３は、神経電極２１２と同一の基板に実装してもよい。また、信号処理部２１３は、生体内に埋め込まれるのが好ましい。
【０２００】
信号解析部２１４は、パーソナルコンピュータなどのハードウェア及びソフトウェアで構成されており、信号処理部２１３から出力された各神経線維の信号を計測・記録し、解析を行うものである。
【０２０１】
次に、本実施の形態１１の神経インターフェイスシステムにおいて、神経活動電位の検出方法を説明する。
【０２０２】
まず、神経活動電位の検出を行う前に、生体の自律神経系の神経束２１１を切断して、メッシュ状に加工した神経電極２１２を挟むように固定する。そして、神経線維の自己再生機能を利用して、神経電極２１２の複数の貫通孔２１６に神経線維を再生、貫通させる。
【０２０３】
次に、複数の貫通孔２１６を有するメッシュ状の神経電極２１２により、各神経線維の神経活動電位の検出を行う。神経電極２１２により検出された信号（神経活動電位）は、信号処理部２１３において、ノイズ除去、信号増幅などの信号処理が行われ、信号解析部２１４へ出力される。神経電極２１２により検出される信号の電圧値は、数十μＶであるが、信号処理部２１３から出力される信号の電圧値は、数ｍＶから数Ｖである。
【０２０４】
そして、信号解析部２１４において、信号処理部２１３にて処理された信号を神経線維ごと、すなわち機能単位で記録し、数値化又はグラフ化などの信号解析を行う。以上述べた神経線維単位の神経活動電位の解析により、自律神経系の異常な活動などを検出する。
【０２０５】
従って、本実施の形態１１の神経インターフェイスシステムによれば、神経線維単位の神経活動電位の計測・解析が可能となり、疾患の治療・予防に役立てることができる。
【０２０６】
（実施の形態１２）
図１３は本発明の実施の形態１２の神経インターフェイスシステムを示す構成図である。
【０２０７】
まず、図１３により、本実施の形態１２において、メッシュ型電極から神経に電気的刺激を加え生体機能を制御する神経インターフェイスシステムの構成を説明する。
【０２０８】
本実施の形態１２の神経インターフェイスシステムは、例えば、神経線維を通すための複数の貫通孔を有するメッシュ状の神経電極２１２、信号処理部２２３、信号生成部２２４などから構成され、神経電極２１２と信号処理部２２３は複数の配線により接続され、信号処理部２２３と信号生成部２２４はケーブルにより接続されている。
【０２０９】
神経電極２１２は、前記実施の形態１１で説明した神経電極２１２と同じ形態をしている（図１２）。
【０２１０】
信号処理部２２３は、信号変換回路、タイミング発生回路などからなり、信号生成部２２４から出力された信号を擬似的な神経活動電位の信号に変換して、神経電極２１２に神経を刺激するための信号を出力するものである。信号処理部２２３は、前記実施の形態１１と同様に、神経電極２１２と同一の基板に実装してもよく、信号処理部２２３は、生体内に埋め込まれるのが好ましい。
【０２１１】
信号生成部２２４は、パーソナルコンピュータなどのハードウェア及びソフトウェアで構成されており、自律神経への刺激により生体の各機能を制御するための信号を生成して、信号処理部２２３へ出力するものである。
【０２１２】
次に、本実施の形態１２の神経インターフェイスシステムにおいて、擬似的な神経活動電位により自律神経を刺激して各機能を制御する方法を説明する。
【０２１３】
まず、擬似的な神経活動電位を生成して自律神経を刺激する前に、前記実施の形態１１と同様にして、神経線維の自己再生機能を利用して神経線維を再生し、神経電極２１２を神経束２１１に固定する。
【０２１４】
次に、信号生成部２２４において、自律神経を刺激して各機能を制御するための信号を生成する。
【０２１５】
続いて、信号生成部２２４において生成された信号は、信号処理部２２３に入力され、信号処理部２２３において、信号の電気的変換やタイミング調整などが行われて、各機能を制御するための擬似的な神経活動電位が生成され、メッシュ状の神経電極２１２へ出力される。信号生成部２２４から出力される信号の電圧値は、数百ｍＶから数Ｖであり、電圧変換されて信号処理部２２３から神経電極２１２へ擬似的な神経活動電位が出力される。
【０２１６】
そして、擬似的な神経活動電位は、神経電極２１２を介して神経束２１１へ伝達される。
【０２１７】
神経電極２１２からの信号により刺激された神経束２１１は、その電気的刺激２２６を脳などの中枢２２７へ伝達し、さらに、刺激を受けた中枢２２７は電気的刺激２２８をそれぞれの神経束に対応した生体機能２２９へ伝達し、各機能が制御される（求心路制御）。
【０２１８】
また、直接電気的刺激２２６を生体機能２２９へ伝達することによる各機能の制御も可能である（遠心路制御）。
【０２１９】
従って、本実施の形態１２の神経インターフェイスシステムによれば、神経線維ごとに固定した多チャンネルの神経電極２１２に電気的シグナルを入力することにより、各神経線維に対応した各機能の制御が可能となる。そして、神経系に電気的刺激を加えることにより、生体機能を制御することが可能となる。
【０２２０】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０２２１】
例えば、前記実施の形態１〜１０においては、生体に使用する神経電極等について説明したが、これに限定されるものではなく、海水中や工業プラントで使用する各種化学薬品センサーなどについても適用可能であり、特に腐食性の強い環境で使用される半導体装置になるほど本発明の効果は有効である。
【０２２２】
また、前記実施の形態９及び１０においては、生体に使用する神経電極について説明したが、これに限定されるものではなく、マイクロマシン技術に応用することで、マイクロポンプやマイクロプローブなどの制御機器、圧力センサーなどの各種センサー、電気泳動チップやＤＮＡチップなど、インクジェット式プリンタなどのＯＡ機器についても適用可能である。
【０２２３】
また、前記実施の形態１１、１２の変形例として、神経電極を神経束と義手・義足の双方に備え付けることにより、中枢からの信号により、義手・義足を動作させることが可能となり、肢体切断などの身体的な障害を持つ人々に大きく貢献することができる。
【０２２４】
さらにまた、実施の形態１１と実施の形態１２を一つのシステムに統合することも可能である。
【０２２５】
以上の説明では、主として本発明者によってなされた発明をその属する技術分野である生体に使用する神経電極に係る半導体装置等に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、制御分野、通信分野、バイオエレクトロニクス分野などに適用することも可能である。
【０２２６】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０２２７】
（１）貴金属電極下部の接着層を絶縁保護膜で覆うことにより、当該接着層が腐食雰囲気にさらされなくなるため、電解質が高濃度にある腐食環境下であっても、耐腐食性を保持することができる。
【０２２８】
（２）電極の端部及び接着層に孔を開け、絶縁保護膜を埋め込むことにより、電極の上層の絶縁保護膜と下層の絶縁保護膜で電極と接着層を挟み込み構造となり、電極と接着層の剥離が防止される。
【０２２９】
（３）電極及び配線の耐腐食性を向上させることにより、電解質腐食環境にさらされる生体内や海水中において、電極の信頼性が高まる。
【０２３０】
（４）貫通孔の側面にある電極を上層絶縁保護膜と下層絶縁保護膜とで挟み込みことにより、電極の剥離が防止される。
【０２３１】
（５）電極を貫通孔の側面に形成することにより、電極と神経線維との接着面積が広がり、微小な神経活動電位の検出が可能となる。
【０２３２】
（６）貫通孔側面の凸部と電極の凹部が嵌め合わさって接着されるため、電極の剥離が、より防止される。
【０２３３】
（７）電極の側面を錐体状とすることにより、神経線維を通しやすくなる。
【０２３４】
（８）ＳＯＩ基板を用いることにより、プロセス変更をすることなく、所望の厚さの薄膜ダイヤフラムを形成することが可能となる。
【０２３５】
（９）ＳＯＩ基板の第１のシリコン層と第２のシリコン層を別々に加工することにより、様々な形状の薄膜ダイヤフラムを形成することが可能となる。
【０２３６】
（１０）メッシュ状の神経電極を介して、神経からの信号を多チャンネルで検出することが可能となり、神経の異常な活動などを検出することが可能となり、疾患治療及び予防に役立てることができる。
【０２３７】
（１１）神経線維ごとに固定した多チャンネルの電極に電気的シグナルを入力することにより、各神経線維に対応した各機能の制御が可能となり、神経に電気的刺激を加えることにより、生体機能を制御することができる。
【０２３８】
（１２）直接、所望の神経線維に電気信号を入力することにより、他の神経に影響を与えず、誤動作の少ない神経インターフェイスシステムを実現することができる。
【０２３９】
（１３）電極を生体内に埋植して電極を神経束に直接固定するため、生体にかかるストレスが少なくなり、恒常的に安定した神経活動電位を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置において、神経電極を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’切断面における断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２の半導体装置において、神経電極を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’切断面における断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３の半導体装置において、ワイヤボンディングパッドの構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’切断面における断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４の半導体装置において、神経電極の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態５の半導体装置において、センサー用パッド型電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’切断面における断面図である。
【図６】本発明の実施の形態６の半導体装置において、神経電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’切断面における断面図である。
【図７】本発明の実施の形態７の半導体装置において、神経電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’切断面における断面図である。
【図８】本発明の実施の形態８の半導体装置において、神経電極の構造を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’切断面における断面図である。
【図９】本発明の実施の形態９の半導体装置において、単層配線方式の神経電極の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１０の半導体装置において、二層配線方式の神経電極の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１１の神経インターフェイスシステムを示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態１１の神経インターフェイスシステムにおいて、神経束に固定される神経電極を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１２の神経インターフェイスシステムを示す構成図である。
【符号の説明】
１１，２１，４１，５１，６１，７１，８１，１０５　　電極
１３，２３，４３，６３，７３，８３，９８，１０８，２１６　　貫通孔
１４，４４，５４　　スペーサ
１５，２５，３５，４５，５５　　シリコン基板
１６，２６，３６，４６，５６　　接着層
１７，２７，３３，４７，５７，６７，７７，８７，９６，１０６　　上層絶縁保護膜
１８，２８，３４，４８，５８，６４，７４，８４，９４，１０４　　下層絶縁保護膜
２２，３２，４２，５２　　孔
３１　　ボンディングパッド
３７　　メタルワイヤ
５３　　メッキ電極
６５，７５，８５　　シリコン層
６８，７８，８８　　層間絶縁保護膜
６９，７９，８９，１１０　配線
９１，１０１　　ベースシリコン層
９２，１０２　　ボックス酸化シリコン層
９３，１０３　　ＳＯＩ層
９５　　電極・配線
９７，１０７　　エッチングマスク
９９　，１０９　ダイヤフラム開口部
１１１　　配線接続ホール
２１１　　神経束
２１２　　神経電極
２１３　，２２３　　信号処理部
２１４　　信号解析部
２２４　　信号生成部
２２６，２２８　　電気的刺激
２２７　　中枢
２２９　　機能
【図１】
2004141462.tif 000003
【図２】
2004141462.tif 000004
【図３】
2004141462.tif 000005
【図４】
2004141462.tif 000006
【図５】
2004141462.tif 000007
【図６】
2004141462.tif 000008
【図７】
2004141462.tif 000009
【図８】
2004141462.tif 000010
【図９】
2004141462.tif 000011
【図１０】
2004141462.tif 000012
【図１１】
2004141462.tif 000013
【図１２】
2004141462.tif 000014
【図１３】
2004141462.tif 000015