发明创造名称：双功函数半导体装置及其制造方法
外观设计名称：
决定号：180482
决定日：2019-06-06
委内编号：1F259604
优先权日：2007-10-24、2008-06-06
申请（专利）号：201310382195.6
申请日：2008-10-24
复审请求人：台湾积体电路制造股份有限公司 三星电子股份有限公司 跨大学校际微电子卓越研究中心
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：罗崇举
合议组组长：杨丽丽
参审员：徐小岭
国际分类号：H01L21/8234,H01L21/8238,H01L27/088,H01L27/092
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，如果部分区别技术特征被该对比文件的另一个实施例公开，另一部分区别技术特征被另一篇对比文件公开，且其在上述对比文件中所起作用与其在该权利要求中为实际解决其技术问题所起的作用相同，而其它部分区别技术特征属于本领域的公知常识，在该作为最接近现有技术的对比文件的基础上结合该另一篇对比文件和本领域公知常识得到该权利要求的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的，则该权利要求不具备创造性。
全文：
本复审请求审查决定涉及申请号为201310382195.6，发明名称为“双功函数半导体装置及其制造方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请是申请号为200810175015.6、申请日为2008年10月24日、优先权日为2007年10月24日和2008年06月06日的发明专利申请的分案申请，本申请的申请人为台湾积体电路制造股份有限公司、跨大学校际微电子卓越研究中心、三星电子股份有限公司，分案申请递交日为2013年08月28日，公开日为2014年04月02日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年06月05日发出驳回决定，以本申请权利要求1-3不符合专利法第22条第3款的规定为由驳回了本申请，其具体理由是：（1）独立权利要求1请求保护一种双功函数半导体装置的制造方法，其与对比文件1（CN1710718A，公开日为2005年12月21日）的区别在于：形成一介电顶盖层于该栅介电层上，其中该介电顶盖层的材料是选自由氧化铝、氧化镧铝和硅酸镧铝所组成的群组；第一区为P型金属氧化物半导体(PMOS)区，该第二区为N型金属氧化物半导体(NMOS)区；沉积包含多个元素的材料于该第一区与该第二区上的该金属栅极之上，所述多个元素是选自镧系元素的族群；选择性地从该第一区移除该材料，施以一热处理。其中部分区别技术特征被对比文件2（CN1933180A，公开日为2007年03月21日）公开，部分区别技术特征属于本领域的常规选择，因此权利要求1相对于对比文件1、对比文件2和本领域常规选择的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（2）从属权利要求2的附加技术特征被对比文件2公开，因此在其引用的权利要求不具备创造性时，该权利要求也不具备创造性。（3）独立权利要求3请求保护一种双功函数半导体装置，其与对比文件1的区别在于：该第一区为P型金属氧化物半导体(PMOS)区，该第二区为N型金属氧化物半导体(NMOS)区；一形成于第一栅介电层上的第一介电顶盖层，一形成于第二栅介电层上的第二介电顶盖层，第二介电顶盖层与第一介电顶盖层具有相同的材料，其中第一和第二介电顶盖层的材料是选自由氧化铝、氧化镧铝和硅酸镧铝所组成的群组；所述多个元素是选自镧系元素的族群，第一金属栅极为TaCx、TiCx或HfCx，其中x为实数且0＜x≤1。其中部分区别技术特征被对比文件2公开，部分区别技术特征属于本领域的常规选择，因此权利要求3相对于对比文件1、对比文件2和本领域常规选择的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
驳回决定所依据的文本为：申请人于2018年01月10日提交的权利要求第1-3项；于分案申请递交日2013年08月28日提交的说明书第0001-0100段、说明书附图图1A-2B、说明书摘要、摘要附图。驳回决定针对的权利要求书如下：
“1. 一种双功函数半导体装置的制造方法，该双功函数半导体装置具有一衬底与具有一沉积当时的初始功函数的一栅极堆叠结构，该双功函数半导体装置的制造方法包含：
形成一栅介电层于一衬底的一第一区与一第二区上、形成一介电顶盖层于该栅介电层上、与形成一金属栅极于该介电顶盖层上，借此而形成一金属-介电质界面，其中该介电顶盖层的材料是选自由氧化铝、氧化镧铝和硅酸镧铝所组成的群组，其中该第一区为P型金属氧化物半导体(PMOS)区，该第二区为N型金属氧化物半导体(NMOS)区；
沉积包含多个元素的材料于该第一区与该第二区上的该金属栅极之上，所述多个元素是选自镧系元素的族群；
选择性地从该第一区移除该材料；
施以一热处理而将所述多个元素借助扩散进入该第二区上的该金属栅极与至少进入该介电顶盖层的一部分以修改该栅极堆叠结构的功函数，该介电顶盖层的该部分邻接于该金属-介电质界面；以及
同时图形化未掺杂的该第一区与引入所述多个元素的该第二区上的该栅极堆叠结构。
2. 如权利要求1所述双功函数半导体装置的制造方法，其中该金属栅极为TaCx、TiCx或HfCx，其中x为实数且0＜x≦1。
3. 一种双功函数半导体装置，包含：
一衬底，具有一第一区与一第二区，其中该第一区为P型金属氧化物半导体(PMOS)区，该第二区为N型金属氧化物半导体(NMOS)区；
一第一晶体管于该第一区上，其具有一第一栅介电层、一形成于该第一栅介电层上的第一介电顶盖层、与一第一金属栅极，且具有一第一功函数，该第一功函数即沉积当时的初始功函数；以及
一第二晶体管于该第二区上，其具有一第二栅介电层、一形成于该第二栅介电层上的第二介电顶盖层、与一第二金属栅极，且具有一第二功函数；其中
该第一栅介电层与该第二栅介电层是由相同材料所形成；
该第二介电顶盖层与该第一介电顶盖层具有相同的材料，但是该第二介 电顶盖层还包含多个元素，其中所述多个元素是选自镧系元素的族群，且所述多个元素使功函数值从该第一功函数变成该第二功函数，其中该第一介电顶盖层和该第二介电顶盖层的材料是选自由氧化铝、氧化镧铝和硅酸镧铝所组成的群组；
该第二金属栅极与该第一金属栅极具有相同的材料，但是该第二金属栅极还包含多个元素，其中该第一金属栅极为TaCx、TiCx或HfCx，其中x为实数且0＜x≤1；以及
其中包含所述多个元素的该第二金属栅及未掺杂的该第一金属栅是同时图形化而形成的，且包含所述多个元素的该第二介电顶盖层与未掺杂的该第一介电顶盖层是同时图形化而形成的。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年08月30日向国家知识产权局提出复审请求，同时提交了权利要求书修改替换页，删除了原独立权利要求3，同时陈述意见认为：权利要求1通过“沉积包含多个元素的材料”、“选择性的从该第一区移除该材料”以及“施加一热处理”的方式，使多个元素借助扩散进入第二区上的金属栅极和至少进入介电顶盖层的一部分，可以更有效地控制元素引入的程度，进而对金属栅极和介电顶盖层进行有效改质；对比文件1仅公开了“布植”，其无法实现上述效果。因此权利要求1具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年09月06日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：驳回决定中关于“常规选择”的得出不是基于纯理论推断，而是在结合对比文件1另一实施例（参见对比文件1说明书第8页第24-25行，附图17）的基础上得出的，即是基于参考文献和有说服力的证据得出的。另外，关于热处理对掺杂离子扩散的作用机制，在《半导体制造技术》（Michael Quirk等著，电子工业出版社，2004年）第463页有详细描述。因此，修改后的权利要求1-2仍不具备创造性，因而坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年01月14日发出复审通知书，指出权利要求1的修改不符合专利法第33条的规定。同时，在假设复审请求人根据原始申请文件的记载对权利要求书进行修改，克服修改超范围的缺陷的情况下，引用与驳回决定相同的对比文件，指出权利要求1-2不符合专利法第22条第3款的规定，具体理由为：（1）独立权利要求1相对于对比文件1、对比文件2和本领域公知常识的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。（2）从属权利要求2对独立权利要求1进一步限定，其附加技术特征被对比文件2公开，因此也不具备创造性。
针对上述复审通知书，复审请求人于2019年02月19日提交了复审程序意见陈述书，同时提交了权利要求书修改替换页，其中将权利要求1中“该第一区为P型金属氧化物半导体(PMOS)区，该第二区为N型金属氧化物半导体(NMOS)区”修改为“该第二区为P型金属氧化物半导体(PMOS)区，该第一区为N型金属氧化物半导体(NMOS)区”，将“所述多个元素是选自镧系元素的族群”修改为“所述包含多个元素的材料是选自AlN、TiAlN、TaAlN、TaAlC与上述的组合所组成的族群”，将从属权利要求2中的部分附加技术特征“该金属栅极为TiCx或HfCx，其中x为实数且0＜x≦1”加入独立权利要求1中，删除了原从属权利要求2。复审请求人陈述意见认为：修改后的权利要求1中金属栅极为TiCx或HfCx，只要经由热处理将适当元素扩散进入PMOS区域上的N型金属栅极材料TiCx或HfCx中，即可使其功函数调整为适用PMOS区域，原先在NMOS区域上的金属栅极材料不须进行额外的工艺；而对比文件1的栅极材料是TiN、HfN、TaN等，与权利要求1栅极材料不同，其皆属于mid gate，在形成栅极材料之后，需要分别对PMOS和NMOS区域进行额外的布植工艺，使其各自具有适当的功函数。因此权利要求1相比对比文件1具有工艺简化的优点。综上权利要求1具备创造性。
复审请求人于2019年02月19日提交的权利要求1为：
“1. 一种双功函数半导体装置的制造方法，该双功函数半导体装置具有一衬底与具有一沉积当时的初始功函数的一栅极堆叠结构，该双功函数半导体装置的制造方法包含：
形成一栅介电层于一衬底的一第一区与一第二区上、形成一介电顶盖层于该栅介电层上、与形成一金属栅极于该介电顶盖层上，借此而形成一金属-介电质界面，其中该介电顶盖层的材料是选自由氧化铝、氧化镧铝和硅酸镧铝所组成的群组，其中该第二区为P型金属氧化物半导体(PMOS)区，该第一区为N型金属氧化物半导体(NMOS)区，其中该金属栅极为TiCx或HfCx，其中x为实数且0＜x≦1；
沉积包含多个元素的材料于该第一区与该第二区上的该金属栅极之上，其中所述包含多个元素的材料是选自AlN、TiAlN、TaAlN、TaAlC与上述的组合所组成的族群；
选择性地从该第一区移除该材料；
施以一热处理而将所述多个元素借助扩散进入该第二区上的该金属栅极与至少进入该介电顶盖层的一部分以修改该栅极堆叠结构的功函数，该介电顶盖层的该部分邻接于该金属-介电质界面；以及
同时图形化未掺杂的该第一区与引入所述多个元素的该第二区上的该栅极堆叠结构。”
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以依法作出审查决定。
二、决定的理由
（一）审查文本的认定
复审请求人在答复复审通知书时提交了权利要求书修改替换页（共包括1项权利要求），经审查，其修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。因此本复审决定依据的审查文本为：复审请求人于2019年02月19日提交的权利要求第1项；于分案申请递交日2013年08月28日提交的说明书第1-100段、说明书附图图1A-2B、说明书摘要以及摘要附图。
（二）关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，如果部分区别技术特征被该对比文件的另一个实施例公开，另一部分区别技术特征被另一篇对比文件公开，且其在上述对比文件中所起作用与其在该权利要求中为实际解决其技术问题所起的作用相同，而其它部分区别技术特征属于本领域的公知常识，在该作为最接近现有技术的对比文件的基础上结合该另一篇对比文件和本领域公知常识得到该权利要求的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的，则该权利要求不具备创造性。
本复审决定引用与驳回决定和复审通知书相同的对比文件，为：
对比文件1：公开号为CN1710718A，公开日为2005年12月21日；
对比文件2：公开号为CN1933180A，公开日为2007年03月21日。
1、关于权利要求1
权利要求1请求保护一种双功函数半导体装置的制造方法，对比文件1公开了一种CMOS晶体管的制造方法，并具体公开了（参见说明书第15页第21行至第16页第32行、图17-18）：在此实施例中，其优势在于在工作部件402（相当于衬底）顶部表面上沉积单一栅极介电材料层466（相当于介电顶盖层）与单一栅极材料层468（相当于金属栅极）；栅极介电材料层466包含Al2O3、ZrSiOx、La2O3等；单一栅极材料层468包含半导体材料或金属，包含多晶硅或其它半导体材料、TiN、HfN、TaN等；第一区域404（相当于第二区）是指将形成PMOS晶体管的位置，并将布植一费米牵制材料464于其中（相当于第二区为P型金属氧化物半导体PMOS区）；布植费米牵制材料464包含布植铝，或是其它的费米牵制材料。本领域技术人员根据对比文件1的记载可以直接地、毫无疑义地确定该CMOS晶体管为双功函数半导体装置，其具有衬底402与具有一沉积当时的初始功函数的栅极堆叠结构466、468；同时本领域技术人员也可以直接地、毫无疑义地确定该CMOS晶体管的制造方法包括：在工作部件402的第一区和第二区上形成栅介电材料层466，形成栅极材料层468于栅介电材料层466上，从而形成金属-介电质界面；第二区域406为N型金属氧化物半导体NMOS区，使费米牵制材料中包含的元素进入栅极材料层与至少进入栅极介电材料层的一部分以修改栅极堆叠结构的功函数，栅极介电材料的该部分邻接于金属-介电质界面；然后，图形化未掺杂的第一区与引入该元素的第二区上的栅极堆叠结构（相当于在衬底的第一区和第二区上形成介电顶盖层，形成金属栅极于介电顶盖层上，从而形成金属-介电质界面；第一区为N型金属氧化物半导体NMOS区；使元素进入金属栅极与至少进入介电顶盖层的一部分以修改栅极堆叠结构的功函数，介电顶盖层的该部分邻接于金属-介电质界面；图形化未掺杂的第一区与引入该元素的第二区上的栅极堆叠结构）。
由上述对比可知，权利要求1与对比文件1的区别在于：（1）栅极介电层包含两层，即在与金属栅极接触的介电顶盖层下还包括一层栅极介电层；（2）金属栅极为TiCx或HfCx，其中x为实数且0＜x≦1；（3）使功函数调整元素进入栅极和介电顶盖层的方法不同，该权利要求中通过先沉积包含多个元素的材料于栅极上，再选择性地从第一区移除该材料，然后通过热处理使上述元素扩散进入第二区上的栅极和部分介电顶盖层。可见，权利要求1实际所要解决的技术问题为：（1）通过调整栅极介电叠层来控制开启电压；（2）选择金属栅极的材料；（3）选择功函数调整元素进入晶体管的具体工艺。
对于区别技术特征（1），对比文件1公开了位于NMOS和PMOS区域上衬底和金属栅极之间的栅介质层可以为两层的堆叠（参见说明书第8页第24-25行）。也就是对比文件1公开了在衬底和金属栅极之间形成两层栅极介质叠层的特征，且该特征在该实施例中所起的作用与其在该权利要求中所起的作用相同，都是通过调整栅极介电叠层来控制开启电压。可见，上述区别技术特征（1）已被对比文件1的其它实施例公开，本领域技术人员从对比文件1的该实施例得到在衬底和金属栅极之间形成两层栅极介电层的技术启示是显而易见的。在此基础上，本领域技术人员有动机在栅介电层466与衬底402之间再设置另一栅介电层，使该另一栅介质层与栅介电层466成为两层的栅极介电叠层，此时，该另一栅介质层就相当于该权利要求中的栅介电层，该栅介电层466相当于该权利要求中的介电顶盖层。
对于区别技术特征（2），对比文件1公开了（参见说明书第16页第1段）栅极材料层468包含TiN、HfN、TaN等；对比文件2公开了（参见说明书第35页第6段）栅电极39为TaC等。而TiC、HfC均为本领域常见的金属栅极材料，因此金属栅极为TiCx或HfCx，x为实数且0＜x≦1属于本领域的常用技术手段。
对于区别技术特征（3），对比文件2公开了一种半导体器件的制造方法，并具体公开了（参见说明书第35页第5段至第36页第3段、图27）如下技术特征：包含N并被提供在n-型MIS晶体管的栅电极和栅极绝缘膜之间的界面的栅电极侧上的层37被通过以一个原子层或更小的的密度将Er添加到界面的栅极绝缘膜侧上而获得的层21a替代；在该实施例中，适合于一种导电型的晶体管的金属也用于另一种导电型的晶体管的金属栅电极，添加元素仅仅添加到该另一种导电型的晶体管中，以将界面的有效功函数调节到晶体管工作的最佳值。本领域技术人员根据该对比文件的记载（参见说明书第2页第1段、第6页倒数第1段至第7页第2段）可以直接地、毫无疑义地确定在形成层21a之后，其通过热处理使其元素在栅电极中扩散以调整其功函数。可见，对比文件2公开了形成一层包含功函数调整元素的层进而通过热处理使其扩散进入栅电极中以调整栅极功函数的方法，本领域技术人员从中得到技术启示想到以沉积并热处理的工艺代替注入工艺是显而易见的。本领域技术人员采用本领域常用技术手段对对比文件1的技术方案进行改进，通过先沉积包含多个元素的材料于栅极上，再选择性地从第一区移除该材料，然后通过热处理使上述元素扩散进入第二区上的栅极和部分介电顶盖层是显而易见的。可见，区别技术特征（3）是本领域技术人员从对比文件2得到技术启示后结合本领域常用技术手段所作的常规改进。
可见，在对比文件1的一个实施例的基础上结合另一个实施例以及对比文件2和本领域公知常识得到该权利要求的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的，因此该权利要求不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
三、关于复审请求人的意见陈述
针对复审请求人在答复复审通知书时陈述的意见，合议组认为：
本申请要解决的是现有技术中采用双金属栅制造CMOS时需选择性移除其中一个金属栅所带来的增加工艺复杂度和成本的技术问题；采用在形成双金属栅后，选择性的在其中一个金属栅中注入功函数调整元素，或者沉积包含功函数调整元素的层并热处理使其扩散进入金属栅的技术方案；达到了调整功函数的同时避免蚀刻损伤的技术效果。对比文件1也解决如何调整具有对称PMOS和CMOS晶体管中栅极的功函数的技术问题，采用在其中一个金属栅极中注入费米牵制材料以调整其功函数的技术方案；也达到了改变双功函数CMOS晶体管的栅极功函数且避免蚀刻损伤的技术效果。可见，对比文件1已经公开了本申请的技术构思，对比文件1中也是仅对其中一个区域进行布植工艺以调整其功函数。
对比文件1说明书第16页第20-23行记载的“必须附加说明的是，当遮蔽第二区域406时，第一区域404中的栅极材料468系以P型掺杂物加以掺杂；同样的，当遮蔽第一区域404时，可选择以N型掺杂物472对第二区域406中的栅极材料468加以掺杂，如图18所示”。根据对比文件1全文的记载以及其技术构思可知，上述两句话为并列关系，说明可以选择PMOS区或NMOS区中任何一个进行掺杂，另一个需遮蔽；其中当在PMOS区进行布植掺杂时，需掺杂P型掺杂物；而在NMOS区进行布植掺杂时，需掺杂N型掺杂物。因此对比文件1也可以不需要额外的工艺进行调整，权利要求1相比对比文件1并不具有工艺较简化的优点。
至于金属栅极的具体材料，本领域技术人员熟知，TaC、TiC、HfC、TaN、TiN、HfN等均为本领域常见的金属栅极材料，对比文件1公开了金属栅极包括TiN、HfN、TaN等；对比文件2公开了金属栅极为TaC等。而选择金属栅极为TiCx或HfCx，其中x为实数且0＜x≦1属于本领域的公知常识，该选择对本领域技术人员而言是显而易见的。
综上，复审请求人陈述的理由不具有说服力，合议组不予支持。
基于上述理由，合议组依法作出以下复审请求审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年06月05日针对本申请作出的驳回决定。
根据专利法第41条第2款的规定，如对本复审请求审查决定不服，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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