发明创造名称：半导体器件及其制造方法
外观设计名称：
决定号：180689
决定日：2019-06-11
委内编号：1F259427
优先权日：
申请（专利）号：201310261391.8
申请日：2013-06-26
复审请求人：中芯国际集成电路制造（上海）有限公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：马良
合议组组长：周江
参审员：段小晋
国际分类号：H01L23/538，H01L21/768
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点：如果要求保护的一项权利要求相对于作为最接近现有技术的对比文件存在区别技术特征，而本领域公知常识给出了将上述区别技术特征应用到该作为最接近现有技术的对比文件以解决其存在的技术问题的技术启示，则该项权利要求是显而易见的，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201310261391.8，名称为“半导体器件及其制造方法”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为中芯国际集成电路制造（上海）有限公司。本申请的申请日为2013年06月26日，公开日为2014年12月31日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年05月21日发出驳回决定，驳回了本申请，其中引用了如下对比文件：
对比文件1：US2011/0108988A1，公开日为2011年05月12日；
对比文件2：CN101199049A，公开日为2008年06月11日。
驳回理由是：独立权利要求1和7与对比文件1公开的内容相比，区别技术特征在于：所述缓冲材料层填满所述凹槽；所述缓冲材料用于向填充材料层提供应力释放空间，所述缓冲材料层填满所述凹槽。基于上述区别技术特征，本申请实际要解决的技术问题是：如何提高TSV器件的性能。本领域中，衬底和导电材料之间的热膨胀系数差造成应力，缓冲材料通过提供应力释放空间，来避免应力导致的分层现象是公知常识；此外设置缓冲材料层填满所述凹槽，本领域技术人员能够根据实际情况进行设定，不需要付出创造性劳动。因此，本领域技术人员在对比文件1的基础上结合上述公知常识得到权利要求1和7所要求保护的技术方案是显而易见的，权利要求1和7不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具有创造性。从属权利要求2-6、8-19的附加技术特征或者被对比文件1或2公开、或者属于本领域公知常识，因此从属权利要求2-6、8-19也均不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
驳回决定所依据的文本为申请日2013年06月26日提交的说明书摘要、说明书第1-68段、摘要附图、说明书附图图1-6，2017年06月05日提交的权利要求第1-19项。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种半导体器件，其特征在于，包括：
一衬底，所述衬底具有至少一个通孔；
形成于所述通孔侧壁和底壁上的绝缘层；
形成于所述绝缘层的侧壁和底壁上的阻挡层；
形成于所述阻挡层侧壁和底壁上的填充材料层，所述填充材料层还具有一凹槽；以及
形成于所述凹槽内的缓冲材料层，所述缓冲材料层填满所述凹槽；
所述缓冲材料层用于向填充材料层提供应力释放空间，以避免因为残余应力而导致的填充材料层从阻挡层上剥离的分层现象。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述填充材料层的材料为铜。
3. 如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述缓冲材料层的材料为苯并环丁烯。
4. 如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述填充材料层侧壁的厚度为2μm～4μm，所述缓冲材料层的直径为4μm～7μm。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
形成于所述衬底上的介质层，所述通孔贯穿所述介质层和部分厚度的衬底；
以及
形成于所述阻挡层的侧壁和底壁上的种晶层；
其中，所述填充材料形成于所述种晶层的侧壁和底壁上。
6. 如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述绝缘层的材料为氧化硅，所述阻挡层的材料为碳氮化硅，所述种晶层的材料与所述填充材料层的材料相同。
7. 一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
步骤一：提供一衬底，在所述衬底上形成至少一个通孔；
步骤二：在所述通孔的侧壁和底壁上形成绝缘层；在所述绝缘层的侧壁和底壁上形成阻挡层；
步骤三：将所述衬底放入电镀液中，采用电镀方法在所述阻挡层的侧壁和 底壁上形成填充材料层，所述填充材料层还具有一凹槽；以及
步骤四：采用等离子增强化学气相沉积方法，在所述凹槽内形成缓冲材料层，所述缓冲材料层填满所述凹槽；
所述缓冲材料层用于向填充材料层提供应力释放空间，以避免因为残余应力而导致的填充材料层从阻挡层上剥离的分层现象。
8. 如权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述填充材料层的材料为铜。
9. 如权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述缓冲材料层的材料为苯并环丁烯。
10. 如权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述填充材料层侧壁的厚度为2μm～4μm，所述缓冲材料层的直径为4μm～7μm。
11. 如权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤四中，以苯并环丁烯单体作为原料，以氦气为载气。
12. 如权利要求11所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述苯并环丁烯单体的流量为0.01g/min～0.03g/min，所述氦气的流量为为300sccm～600sccm。
13. 如权利要求12所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤四中：所述等离子增强化学气相沉积方法的工作温度为300℃～500℃，工作的射频频率为13MHz～14MHz，工作功率为40W～60W，腔室压力为3torr～3.5torr。
14. 如权利要求7至13中任一项所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述步骤一包括：
在所述衬底上形成介质层；以及
刻蚀所述介质层和衬底形成所述通孔，所述通孔贯穿所述介质层和部分厚度的衬底。
15. 如权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤二和步骤三之间还包括：
在所述阻挡层的侧壁和底壁上形成种晶层，
其中，所述填充材料层形成于所述种晶层的侧壁和底壁上。
16. 如权利要求15所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述绝缘 层的材料为氧化硅，所述阻挡层的材料为碳氮化硅，所述种晶层的材料与所述填充材料层的材料相同。
17. 如权利要求16所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述电镀液包括加速剂和抑制剂。
18. 如权利要求17所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠，所述抑制剂为聚乙二醇、聚丙烯二醇和聚乙二醇中的一种或几种。
19. 如权利要求18所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述加速剂的含量为1mL/L～2mL/L，所述抑制剂的含量为4mL/L～5mL/L。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年08月28日向国家知识产权局提出了复审请求，并未对申请文件进行任何修改。复审请求人认为：对比文件1与本申请形成的通孔结构不相同，本领域技术人员没有动机联想到取消对比文件1中的第二导电层28a来得到本申请权利要求所要求保护的技术方案。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年09月04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：首先，权利要求保护范围以权利要求记载内容为主，权利要求要求保护一种半导体器件，并未明确该器件是工艺的最终器件或者是过程中的器件；其次，即使是保护的最终器件，在本领域中通孔中的导电图案主要用于后续与其他器件之间的电互连，本领域技术人员根据实际情况设置导电图案的具体结构，当只设置第一导电图案时，容易想到将缓冲材料填满凹槽，不需要付出创造性劳动。例如审查员在三通以及驳回中给申请人提供的现有技术文献（US2012/0098122A1）公开了在通孔中形成铜层216，在铜层216内形成凹陷，聚合物层217填满所述凹陷，并且该聚合物层可以降低内在的应力（说明书第0046段），因而坚持原驳回决定。
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25日向复审请求人发出复审通知书，指出：独立权利要求1和7与对比文件1公开的内容相比，区别技术特征在于：所述缓冲材料层填满所述凹槽；所述缓冲材料用于向填充材料层提供应力释放空间，所述缓冲材料层填满所述凹槽。基于上述区别技术特征，本申请实际要解决的技术问题是：如何提高TSV器件的性能。本领域中，衬底和导电材料之间的热膨胀系数差造成应力，缓冲材料通过提供应力释放空间，来避免应力导致的分层现象是公知常识；此外设置缓冲材料层填满所述凹槽，本领域技术人员能够根据实际情况进行设定，不需要付出创造性劳动。由此可知，本领域技术人员在对比文件1的基础上结合上述公知常识得到权利要求1和7所要求保护的技术方案是显而易见的，因此权利要求1和7不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具有创造性。从属权利要求2-6、8-19的附加技术特征或者被对比文件1或2公开、或者属于本领域公知常识，因此从属权利要求2-6、8-19也均不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
复审请求人于2019年02月21日仅提交了意见陈述书，未修改申请文件改，陈述意见认为：（1）对比文件1与本申请解决的技术问题并不相同，对比文件1解决的是相互隔离的两种材料之间的热膨胀失配问题，而本申请是相接触的两种材料之间的热膨胀失配问题；（2）对比文件1需要两次沉积工艺，最终会导致导电层的导电性能受到影响，本申请只形成一次填充材料层，可以避免上述问题；（3）本申请在通孔的填充材料层内还形成有缓冲材料层，缓冲材料层给了填充材料层释放应力的形变空间，避免了因为残余应力而导致的分层问题。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人于2019年02月21日答复复审通知书时未修改申请文件，因此本复审决定依据的文本与驳回决定所针对的文本相同，为：申请日2013年06月26日提交的说明书摘要、说明书第1-68段、摘要附图、说明书附图图1-6，2017年06月05日提交的权利要求第1-19项。
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。
如果要求保护的一项权利要求相对于作为最接近现有技术的对比文件存在区别技术特征，而本领域公知常识给出了将上述区别技术特征应用到该作为最接近现有技术的对比文件以解决其存在的技术问题的技术启示，则该项权利要求是显而易见的，不具备创造性。
在本决定中引用原审查部门在驳回决定中所引用的对比文件作为现有技术，即：
对比文件1：US2011/0108988A1，公开日为2011年05月12日；
对比文件2：CN101199049A，公开日为2008年06月11日。
1、权利要求1要求保护一种半导体器件，对比文件1公开了一种通孔结构及半导体器件，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第0006、0049-0083段以及附图1-8）：衬底10，该衬底10中形成有通孔14（相当于一衬底，所述衬底具有至少一个通孔）；绝缘层16形成在通孔14的侧壁和底壁上（相当于形成于所述通孔侧壁和底壁上的绝缘层）；一阻挡层（未示）形成在绝缘层16上，其包括Ta、TaN、Ti、TiN等，其厚度为10-300nm（相当于形成于所述绝缘层侧壁和底壁上的阻挡层）；之后形成导电材料18，导电材料18覆盖阻挡层侧壁和底壁（相当于形成于所述阻挡层侧壁和底壁上的填充材料层），如图3所示，导电材料18中形成有凹槽（相当于所述填充材料层还具有一凹槽）；在上述凹槽中形成有缓冲层22（相当于形成于所述凹槽中的缓冲材料层）；并且对比文件1第0006段明确记载了由于衬底和导电材料之间的热膨胀系数不同，在高温条件下，导电材料能够从通孔中突出，由于导电材料的突出造成通孔中的层结构分层，为此，对比文件1在导电材料中形成凹槽，并填充缓冲材料避免导电材料从通孔中突出，可见，缓冲材料的形成能够避免通孔中的层结构分层（相当于缓冲材料避免填充材料从阻挡层上剥离的分层现象）。可见，该权利要求与对比文件1的区别技术特征是：所述缓冲材料层填满所述凹槽；所述缓冲材料用于向填充材料层提供应力释放空间，所述缓冲材料层填满所述凹槽。基于上述区别技术特征，本申请实际要解决的技术问题是：如何提高TSV器件的性能。本领域中，衬底和导电材料之间的热膨胀系数差造成应力，缓冲材料通过提供应力释放空间，来避免应力导致的分层现象是公知常识；此外设置缓冲材料层填满所述凹槽，本领域技术人员能够根据实际情况进行设定，且技术效果是可以预期的。由此可知，本领域技术人员在对比文件1的基础上结合上述公知常识得到该权利要求所要求保护的技术方案是显而易见的。因此该权利要求不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具有创造性。
2、权利要求2是权利要求1的从属权利要求，对比文件1（参见说明书第0055段）进一步公开了导电材料18可以为铜。可见，对比文件1公开了该权利要求的附加技术特征，因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求也不具有创造性。
3、权利要求3是权利要求1的从属权利要求，对比文件2公开了一种具有应力缓冲圈的贯穿硅的过孔的形成方法，并具体公开了以下技术特征（参见权利要求1、6）：在衬底中形成过孔，在过孔中沉积一层缓冲材料，在所述过孔内将第二材料沉积在所述缓冲层上，其中所述缓冲层能够吸收由所述第一和第二材料之间的热膨胀失配引起的应力，其中缓冲材料为硅酮、苯并环丁烯、环氧树脂等中选择的材料。可见，对比文件2公开了该权利要求的附加技术特征，其在对比文件2中所起的作用与其在本申请中所起的作用相同，均是通过设置缓冲材料为苯并环丁烯，进而降低应力，即对比文件2给出了将上述技术特征应用到对比文件1中以解决其技术问题的启示。由此可知，本领域技术人员在对比文件1的基础上结合对比文件2和上述公知常识得到该权利要求所要求保护的技术方案是显而易见的。因此该权利要求不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具有创造性。
4、权利要求4是权利要求1的从属权利要求，对比文件1（参见说明书第0070-0076段）进一步公开了通孔14的直径为10-20μm，绝缘层16的厚度为1-3μm，并且对比文件进一步公开了通过控制导电层18的厚度来控制通孔结构60的电阻，因此，本领域技术人员能够通过有限的试验设置导电层的厚度为2-4μm，缓冲材料的直径为4-7μm，不需要付出创造性劳动。由此可知，本领域技术人员在对比文件1的基础上通过有限的试验得到该权利要求所要求保护的技术方案是显而易见的。因此该权利要求不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具有创造性。
5、权利要求5是权利要求1至4中任一项的从属权利要求，对比文件1（参见说明书第0049-0076段以及附图1-8）进一步公开了在衬底10上形成有绝缘中间层12，其中从附图1-8可以直接看出通孔14贯穿所述绝缘中间层12以及部分衬底10；在通孔14的侧壁和底壁上形成有绝缘层16；在绝缘层16上（包括底壁和侧壁）形成有第一阻挡层（未示出）；进一步在第一阻挡层上（包括底壁和侧壁）形成有第一种子层（未示出）；导电材料18形成在上述种子层上。可见，对比文件1公开了该权利要求的附加技术特征，因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求也不具有创造性。
6、权利要求6是权利要求5的从属权利要求，对比文件1（参见说明书第0052段、0074段）进一步公开了绝缘层16为氧化硅；种子层为铜，与导电层18材料相同；至于设置阻挡层材料为碳氮化硅，是本领域惯用手段，是公知常识。由此可知，本领域技术人员在对比文件1的基础上结合公知常识，或结合对比文件2和公知常识得到该权利要求所要求保护的技术方案是显而易见的。因此该权利要求不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具有创造性。
7、权利要求7要求保护一种半导体器件的制造方法，对比文件1公开了一种通孔结构及半导体器件，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第0065-0076段以及附图2-8）：首先，如图2所示，提供一衬底10，在衬底10中通过光刻工艺形成通孔14（相当于步骤一：提供一衬底，在所述衬底上形成至少一个通孔）；绝缘层16形成在通孔14的侧壁和底壁上（相当于形成于所述通孔侧壁和底壁上的绝缘层），一阻挡层（未示）形成在绝缘层16上，其包括Ta、TaN、Ti、TiN等，其厚度为10-300nm（相当于步骤二、在所述通孔的侧壁和低壁上形成绝缘层；在所述绝缘层的侧壁和底壁上形成阻挡层）；其次，如图3，在通孔14的侧壁和底壁上形成第一导电层18，其中第一导电层18采用电镀工艺形成，因此，必然将衬底放入电镀液，属于隐含公开（相当于步骤二：将所述衬底放入电镀液中，采用电镀方法在所述通孔的侧壁和底壁上形成填充材料），并且从附图3可以看出导电层18中形成一凹槽（相当于所述填充材料层还具有一凹槽）；之后如图5所示，在上述凹槽中形成缓冲材料22（相当于步骤三，在所述凹槽中形成缓冲材料层）；并且对比文件1第0006段明确记载了由于衬底和导电材料之间的热膨胀系数不同，在高温条件下，导电材料能够从通孔中突出，由于导电材料的突出造成通孔中的层结构分层，为此，对比文件1在导电材料中形成凹槽，并填充缓冲材料避免导电材料从通孔中突出，可见，缓冲材料的形成能够避免通孔中的层结构分层（相当于缓冲材料避免填充材料从阻挡层上剥离的分层现象）。可见，该权利要求与对比文件1的区别技术特征是：采用等离子增强化学气相沉积方法形成缓冲材料，所述缓冲材料填满所述凹槽；所述缓冲材料用于向填充材料层提供应力释放空间；所述缓冲材料层填满所述凹槽。基于上述区别技术特征，本申请实际要解决的技术问题是：如何提高TSV器件的性能。本领域中，衬底和导电材料之间的热膨胀系数差造成应力，缓冲材料通过提供应力释放空间，来避免应力导致的分层现象是公知常识；此外设置缓冲材料层填满所述凹槽，本领域技术人员能够根据实际情况进行设定，且技术效果是可以预期的。而且半导体领域中，PECVD以及采用PECVD制备缓冲层均是本领域惯用技术手段，属于公知常识。由此可知，本领域技术人员在对比文件1的基础上结合上述公知常识得到该权利要求所要求保护的技术方案是显而易见的。因此该权利要求不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具有创造性。
8、权利要求8-10分别是权利要求7的从属权利要求，其附加技术特征与权利要求2-4的附加技术特征一一对应相同，具体参见权利要求2-4的评述，因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求也不具有创造性。
9、权利要求11-13分别是权利要求9、11、12的从属权利要求，对比文件2（参见权利要求1、6）已经公开了：在衬底中形成过孔，在过孔中沉积一层缓冲材料，在所述过孔内将第二材料沉积在所述缓冲层上，其中所述缓冲层能够吸收由所述第一和第二材料之间的热膨胀失配引起的应力，其中缓冲材料为硅酮、苯并环丁烯、环氧树脂等中选择的材料。至于采用PECVD方法制备苯并环丁烯，并以苯并环丁烯单体作为原料，以氦气为载气；设置苯并环丁烯单体的流量为0.01g/min～0.03g/min，氦气的流量为300sccm～600sccm；制备工艺中设定PECVD工作温度为300℃～500℃，工作的射频频率为13MHz～14MHz，工作功率为40W～60W，腔室压力为3torr～3.5torr，均属于本领域惯用手段。因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求11-13也不具有创造性。
10、权利要求14是权利要求7-13中任一项的从属权利要求，对比文件1（参见说明书第0066-0069段以及附图2）进一步公开了在衬底10上形成有绝缘中间层12，并通过光刻方法在所述绝缘中间层12和衬底10中形成通孔14，从附图2可以看出，通孔14贯穿绝缘中间层12和部分厚度的衬底10。可见，对比文件1公开了该权利要求的附加技术特征，因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求也不具有创造性。
11、权利要求15是权利要求14的从属权利要求，对比文件1（参见说明书第0066-0076段以及附图2-8）进一步公开了在衬底10上形成有绝缘中间层12，其中从附图1-8可以直接看出通孔14贯穿所述绝缘中间层12以及部分衬底10；在通孔14的侧壁和底壁上形成有绝缘层16；在绝缘层16上（包括底壁和侧壁）形成有第一阻挡层（未示出）；进一步在第一阻挡层上（包括底壁和侧壁）形成有第一种子层（未示出）；导电材料18形成在上述种子层上。可见，对比文件1公开了该权利要求的附加技术特征，因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求也不具有创造性。
12、权利要求16是权利要求15的从属权利要求，其附加技术特征与权利要求6的附加技术特征相同，具体参见权利要求6的评述，因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求也不具有创造性。
13、权利要求17-19分别引用在前的权利要求16-18，对比文件1（参见说明书第0075段）已经公开了导电层18为铜，并且采用电镀工艺形成。至于在电镀过程中，在电镀液中添加的加速剂和抑制剂，并且设置加速 剂为聚二硫二丙烷磺酸钠，抑制剂为聚乙二醇、聚丙烯二醇和聚乙二醇中的一种或几种；加速剂的含量为1mL/L～2mL/L，抑制剂的含量为4mL/L～5mL/L，均属于本领域惯用手段。因此，在其引用的权利要求不具有创造性的条件下，该权利要求17-19也不具有创造性。
对复审请求人相关意见的评述，合议组认为：
（1）对比文件1解决的也是当基板10和第一导电图案18a直接接触时产生的热膨胀失配问题，为了解决这一问题，才在它们之间形成凹槽、缓冲层、绝缘层以及阻挡层，因此对比文件1给出了技术启示；（2）复审请求人宣称的只形成一次填充材料具有对比文件1中不具备的优点，但是上述优点在权利要求1中并没有体现，这里不予考虑；（3）对比文件1第0006段明确记载了由于衬底和导电材料之间的热膨胀系数不同，在高温条件下，导电材料能够从通孔中突出，由于导电材料的突出造成通孔中的层结构分层，为此，对比文件1在导电材料中形成凹槽，并填充缓冲材料避免导电材料从通孔中突出，可见，缓冲材料的形成能够避免通孔中的层结构分层，衬底和导电材料之间的热膨胀系数差造成应力，缓冲材料可以通过提供应力释放空间，来避免应力导致的分层；此外设置缓冲材料层填满所述凹槽，本领域技术人员能够根据实际情况进行设定。
因此，合议组对复审请求人的上述意见不予支持。
根据上述事实和理由，本案合议组依法作出以下审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局原审查部门于2018年05月21日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，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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