发明创造名称：一种半导体器件的制造方法
外观设计名称：
决定号：182301
决定日：2019-06-28
委内编号：1F260246
优先权日：
申请（专利）号：201310703905.0
申请日：2013-12-19
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：树奇
合议组组长：韩冰
参审员：周忠堂
国际分类号：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多个区别技术特征，其中部分区别技术特征不是本领域的公知常识，并且其它对比文件中也没有给出将上述部分区别技术特征应用到该作为最接近现有技术的对比文件中以解决其存在的技术问题的技术启示，且上述部分区别技术特征的引入使得该项权利要求的整体技术方案相对于对比文件而言具有有益的技术效果，那么该项权利要求请求保护的技术方案具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201310703905.0，名称为“一种半导体器件的制造方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为中芯国际集成电路制造（上海）有限公司，申请日为2013年12月19日，公开日为2015年06月24日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2018年06月11日发出驳回决定，以权利要求1-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性为由驳回了本申请。驳回决定所依据的文本为：2017年07月21日提交的权利要求第1-9项，申请日2013年12月19日提交的说明书第1-8页、说明书附图第1-4页、说明书摘要及摘要附图。
驳回决定所针对的权利要求书的内容如下：
“1. 一种半导体器件的制造方法，包括：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成蚀刻停止层、多孔低k介电层和由自下而上层叠的缓冲层和硬掩膜层构成的硬掩膜叠层结构，其中，所述硬掩膜层由两层以上的不同材料层层叠构成，最下层的材料层为氮化硅层；
在所述多孔低k介电层中形成用于填充铜金属互连层的铜金属互连沟槽和通孔；
在所述铜金属互连沟槽和通孔中填充铜金属互连层；
去除所述硬掩膜叠层结构。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬掩膜层由自下而上层叠的三层不同材料层构成，所述三层材料层包括自下而上层叠的氮化硅硬掩膜层、金属硬掩膜层和氧化物硬掩膜层。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属硬掩膜层的构成材料为TiN、BN、AlN或者其组合。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化物硬掩膜层的构成材料包括SiO2或SiON，且相对于所述金属硬掩膜层的构成材料具有较好的蚀刻选择比。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，形成所述铜金属互连沟槽和通孔的步骤包括：在所述硬掩膜层中形成用作所述沟槽的图案的第一开口，以露出所述缓冲层；在所述缓冲层和所述多孔低k介电层中形成用作所述通孔的图案的第二开口；以所述硬掩膜层为掩膜，同步蚀刻所述缓冲层和所述多孔低k介电层，以在所述多孔低k介电层中形成所述铜金属互连沟槽和通孔；对露出的所述氮化硅硬掩膜层实施回蚀刻处理，以扩大所述铜金属互连沟槽的上部开口部分，便于所述铜金属互连层填充的实施。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述同步蚀刻结束之后，还包括去除通过所述铜金属互连通孔露出的蚀刻停止层以及实施蚀刻后处理的步骤。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述回蚀刻的工艺参数为：腐蚀液为磷酸或硫酸，磷酸和硫酸的浓度均为1％-60％重 量百分比，温度为10-90℃。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实施所述填充之前，还包括在所述铜金属互连沟槽和通孔的底部和侧壁上依次形成铜金属扩散阻挡层和铜金属种子层的步骤。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实施所述填充之后，还包括执行化学机械研磨去除所述硬掩膜叠层结构的步骤。”
驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件2：CN103456606A，公开日为2013年12月18日；
对比文件4：CN103000568A，公开日为2013年03月27日；
对比文件5：CN103377910A，公开日为2013年10月30日；
对比文件6：CN103400800A，公开日为2013年11月20日。
驳回决定指出：1）权利要求1与对比文件5相比，区别技术特征为：（1）形成蚀刻停止层；去除硬掩膜叠层结构；（2）硬掩膜层由两层以上的不同材料层构成，最下层的材料层为氮化硅层；（3）低K介电层为多孔。上述区别技术特征（1）和（3）属于本领域的公知常识；上述区别技术特征（2）被对比文件6公开，并且所起的作用相同。2）权利要求2-4、6、9的附加技术特征或被对比文件5、6公开，或属于本领域的公知常识。权利要求5的附加技术特征部分被对比文件5公开，其余部分被对比文件2公开，并且所起的作用相同。权利要求7的附加技术特征部分被对比文件2公开，其余部分属于本领域的公知常识。权利要求8的附加技术特征被对比文件4公开，并且所起的作用相同。因此，权利要求1-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年09月07日向国家知识产权局提出了复审请求，未修改申请文件。复审请求人认为：（1）对比文件5中的顶层氧化物层102所起的作用与本申请中的缓冲层不同，并不等同于本申请所述的缓冲层。（2）对比文件6并未公开氮化硅层位于硬掩膜叠层的最下层，也并未涉及本申请所解决的技术问题，因此对本领域技术人员来说，不存在将氮化硅层设置为硬掩膜叠层的最下层的技术启示，也不存在将对比文件6与对比文件5相结合的技术启示。（3）对比文件5给出的技术启示是在顶层氧化物层102与氮化钛硬掩膜层103之间不存在其它层，因此本领域技术人员根据对比文件5的教导不会将氮化硅层设置于硬掩膜层的最下层（即氮化钛层和顶层氧化物层之间）。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年09月19日依法受理了该复审请求，并将其转送至实质审查部门进行前置审查。
实质审查部门在前置审查意见书中认为：（1）对比文件5公开了顶层氧化物层102材料可以为TEOS层，与本申请中缓冲层203b材料相同，在起到提高层间结合的作用的同时，必然也可以起到缓冲层在后续研磨填充铜金属互连层时避免机械应力对低k介电层损伤的作用。（2）对比文件6公开了多层硬掩膜层的材料为SiO2、SiN、SiON、TiN或BN中的几种，在面对避免形成残留物的技术问题时，本领域技术人员容易想到将氮化硅层作为最下层。（3）《电气电子绝缘技术手册》（机械工业出版社，2008.01）记载（参见第593-594页）：在k值已经较低的绝缘体中，加入孔穴可降低k值。选择多孔材料作为低k介电层是本领域常用的技术手段，属于本领域的公知常识。在形成金属互连结构后去除硬掩膜结构是本领域技术人员的常用技术手段，属于本领域的公知常识。在去除硬掩膜结构时，对比文件5的技术方案也存在与本申请相同的在介电层和金属互连层顶部产生残留物的技术问题，因此，本领域技术人员有动机对对比文件5的技术方案作出改进。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30日向复审请求人发出复审通知书，指出：1）权利要求1相对于对比文件5、对比文件6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；权利要求8的附加技术特征被对比文件4公开，并且所起的作用相同；权利要求9的附加技术特征属于本领域的公知常识。因而，权利要求8-9也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。2）对于复审请求人的复审请求意见，合议组认为：1）对比文件5中的顶层氧化物层102的材料可以为TEOS层，其材质和所处的位置均与本申请相同，则其也能够起到在后续研磨填充铜金属互连层时避免机械应力对介电层造成损伤的作用，也就是说，可以相当于本申请中的缓冲层。（2）目前的权利要求1并未体现说明书所记载的技术问题“研磨去除硬掩膜叠层结构之后，在多孔低 k介电层102和铜金属互连层105的顶部会有TiN的残余，进而影响后续上层铜金属互连层的形成”，区别技术特征“所述硬掩膜层由两层以上的不同材料层层叠构成，最下层的材料层为氮化硅层”在权利要求1中实际解决的技术问题是“提供另外一种硬掩膜层结构”。对比文件6中给出了硬掩膜层的结构和材料，而为了提供另外一种硬掩膜结构，从对比文件6中公开的有限的组合中选择氮化硅层作为最下层，其他材料作为上面层的叠层结构，对于本领域技术人员来说，是可以通过有限的试验实现的。（3）对比文件5表明由于氮化钛硬掩膜层103不能很好地与低介电常数绝缘材料层101结合，所以需要在氮化钛硬掩膜层103和低介电常数绝缘材料层101之间设置一顶层氧化物层102，但这并不表示氮化钛硬掩膜层103和顶层氧化物层102之间不能存在其他层，因为，如果存在的这个层与氮化钛硬掩膜层103之间具有较好的结合力，并不会导致其与对比文件5中公开的内容相违背。综上所述，复审请求人的上述意见陈述合议组不予以接受。
复审请求人于2019年03月07日提交了意见陈述书，同时提交了权利要求书的全文修改替换页（包括权利要求第1-9项）。所作的修改为：将权利要求1中特征“最下层的材料层为氮化硅层”修改为“最下两层材料层由下至上依次包括氮化硅硬掩膜层和金属硬掩膜层”。
复审请求人认为：（1）对比文件5中的顶层氧化物层102不等同于本申请的缓冲层。（2）对比文件6并未公开氮化硅层位于硬掩膜叠层的最下层；也并未涉及本申请所解决的技术问题，因此对本领域技术人员来说，不存在将氮化硅层设置为硬掩膜叠层的最下层的技术启示，也不存在将对比文件6的技术方案与对比文件5相结合的技术启示，即使强行将对比文件6的技术方案与对比文件5相结合，也不会将氮化硅层设置于氮化钛层和顶层氧化物层之间。因此，本申请全部权利要求具备创造性。
复审请求人于2019年06月13日提交了补正书，同时提交了权利要求书的全文修改替换页（包括权利要求第1-8项）。所作的修改为：在复审通知书所针对的文本的基础上，将从属权利要求2上升为独立权利要求1，删除原从属权利要求2，适应性修改权利要求的序号及引用关系，形成新的权利要求第1-8项。修改后的权利要求1的内容如下：
“1. 一种半导体器件的制造方法，包括：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成蚀刻停止层、多孔低k介电层和由自下而上层叠的缓冲层和硬掩膜层构成的硬掩膜叠层结构，其中，所述硬掩膜层由自下而上层叠的三层不同材料层构成，所述三层材料层包括自下而上层叠的氮化硅硬掩膜层、金属硬掩膜层和氧化物硬掩膜层；
在所述多孔低k介电层中形成用于填充铜金属互连层的铜金属互连沟槽和通孔；
在所述铜金属互连沟槽和通孔中填充铜金属互连层；
去除所述硬掩膜叠层结构。”
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。
决定的理由
审查文本的认定
复审请求人于2019年06月13日提交了权利要求书的全文修改替换页（包括权利要求第1-8项）。经审查，所作的修改符合专利法第33条的规定。本复审请求审查决定依据的文本为：2019年06月13日提交的权利要求第1-8项，申请日2013年12月19日提交的说明书第1-8页、说明书附图第1-4页、说明书摘要及摘要附图。
关于专利法第22条第3款的规定
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多个区别技术特征，其中部分区别技术特征不是本领域的公知常识，并且其它对比文件中也没有给出将上述部分区别技术特征应用到该作为最接近现有技术的对比文件中以解决其存在的技术问题的技术启示，且上述部分区别技术特征的引入使得该项权利要求的整体技术方案相对于对比文件而言具有有益的技术效果，那么该项权利要求请求保护的技术方案具备创造性。
本复审请求审查决定引用与驳回决定相同的对比文件：
对比文件2：CN103456606A，公开日为2013年12月18日；
对比文件4：CN103000568A，公开日为2013年03月27日；
对比文件5：CN103377910A，公开日为2013年10月30日；
对比文件6：CN103400800A，公开日为2013年11月20日。
2-1、权利要求1请求保护一种半导体器件的制造方法。对比文件5公开了一种半导体器件的制造方法，并具体公开了以下技术内容（参见说明书第[0002]，[0033]-[0043]段、附图1a-1e）：提供半导体衬底100，所述半导体衬底100自下而上依次形成有低介电常数绝缘材料层101、顶层氧化物层102和氮化钛硬膜层103；在低介电常数绝缘材料层101中形成用于填充铜金属互连层的铜互连沟槽105和连接孔106，由附图1e可知，所述连接孔106为通孔；在所述铜互连沟槽105和连接孔106中填充铜金属互连层。其中，所述顶层氧化物层102可为用正硅酸乙酯（TEOS）制备的氧化物层（其材质和所处的位置与本申请相同，即其必然能够起到缓冲的作用，即相当于本申请中的缓冲层）。
权利要求1请求保护的技术方案与对比文件5公开的内容相比，区别技术特征为：（1）在半导体衬底和低K介电层之间还包括蚀刻停止层；所述低K介电层为多孔低K介电层。（2）所述硬掩膜层由自下而上层叠的三层不同材料层构成，所述三层材料层包括自下而上层叠的氮化硅硬掩膜层、金属硬掩膜层和氧化物硬掩膜层。基于上述区别技术特征，权利要求1实际解决的技术问题是：如何防止过刻蚀，以及提供另外一种硬掩膜层结构以避免金属硬掩膜层的残余。
对于上述区别技术特征（1），在半导体衬底上形成蚀刻停止层以防止过刻蚀损伤半导体衬底，以及选择多孔材料作为低K介电层，均属于本领域的惯用技术手段。
对于上述区别技术特征（2），对比文件6公开了一种Bosch刻蚀方法，并具体公开了以下技术内容（参见说明书第[0040]段）：所述刻蚀方法包括：固定基片到反应腔内的基座，在所述基片上形成具有开口的掩膜层；进行刻蚀步骤，通入刻蚀气体，施加源射频功率源到反应腔以维持反应腔内的等离子浓度，同时施加第一偏置功率源到所述基座，沿开口刻蚀部分所述基片形成刻蚀孔；进行沉积步骤，通入沉积气体，施加第二偏置功率源到所述基座，在刻蚀孔的侧壁表面和掩膜层表面沉积形成聚合物，第二偏置功率源的功率大于第一偏置功率源的频率；重复刻蚀步骤和沉积步骤，直至在所述基片中形成通孔。其中所述掩膜层包括位于基片上的一层或多层硬掩膜层，所述硬掩膜层材料为SiO2、SiN、SiON、TiN或BN中的一种或几种。由此可以在保证刻蚀速率的同时，又可以保持较高的稳定性。由此可见，对比文件6中仅列举了可以作为硬掩膜层的材质，可以为多层结构，也可以为单层结构，但并未公开具体的如权利要求所限定的材料不同的三层硬掩膜层结构，并且对比文件6所要解决的技术问题与本申请完全不同，其并不涉及实施化学机械研磨去除硬掩膜层时如何避免金属硬掩膜层的残余。因此，对比文件6并未公开上述区别技术特征（2），也没有给出将上述区别技术特征（2）用于对比文件5以解决其技术问题的技术启示。
此外，将上述区别技术特征（2）用于解决去除硬掩膜层时如何避免硬掩膜层残余的技术问题，也不属于本领域的公知常识，且上述区别技术特征（2）的引入使得权利要求1的整体技术方案能够在通过化学机械研磨去除硬掩膜层结构的过程中避免产生残留物的有益技术效果。
因此，权利要求1相对于对比文件5与对比文件6及本领域的公知常识的结合具备专利法第22条第3款规定的创造性。
驳回决定和复审通知书在评述从属权利要求的创造性时还使用了对比文件4和对比文件2，其中：
对比文件4公开了一种金属互联层制作方法，并具体公开了以下技术内容（参见权利要求1、说明书第[0030]-[0050]段）：在金属互连层上依次沉积由第一低介电系数层间介质、高介电系数层间介质和第二低介电系数层间介质组成的层间介质，所述高介电系数层间介质的介电系数大于第一和第二低介电系数层间介质；第一刻蚀所述第二低介电系数层间介质、高介电系数层间介质和第一低介电系数层间介质形成通孔；第二刻蚀所述第二低介电系数层间介质，以所述高介电系数层间介质为刻蚀停止层，在所述第二低介电系数层间介质中形成沟槽；在所述沟槽和通孔中沉积扩散阻挡层和铜籽晶层后，填充生长金属铜；化学机械研磨所述金属铜、扩散阻挡层和铜籽晶直到露出所述第二低介电系数介质层表面。由此可见，对比文件4并未公开上述区别技术特征（2），也没有给出将上述区别技术特征（2）用于对比文件5以解决其技术问题的技术启示。
对比文件2公开了一种用于形成硬掩膜层的方法，并具体公开了以下技术内容（参见权利要求1、说明书第[0041]-[0058]段）：提供衬底，在所述衬底上预先形成有具有图案的牺牲层；在所述衬底的表面以及所述牺牲层的表面和侧壁上形成第一硬掩膜材料层；执行回蚀刻，以在所述牺牲层的侧壁上形成由所述第一硬掩膜材料层构成的间隙壁；去除所述牺牲层；以及在所述衬底的表面和所述间隙壁的表面上形成第二硬掩膜材料层。所述第一硬掩膜材料层包含SiO2、SiN、TaN和TiN中的至少一种；所述第二硬掩膜材料层包含SiO2、SiN、TaN和TiN中的至少一种。由此形成的硬掩膜层顶部非常平直且高度具有较佳的均一性，所以转移至目标材料层中的图案的CD也能够具有较佳的均一性。由此可见，对比文件2并未公开上述区别技术特征（2），也没有给出将上述区别技术特征（2）用于对比文件5以解决其技术问题的技术启示。
因此，权利要求1相对于对比文件5、对比文件6、对比文件4、对比文件2和本领域的公知常识的结合也具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2-2、权利要求2-8直接或间接引用权利要求1，在权利要求1具备创造性的前提下，权利要求2-8也具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、对驳回决定和前置审查意见的评述
驳回决定和前置审查意见认为：对比文件6公开了多层硬掩膜层的材料为SiO2、SiN、SiON、TiN或BN中的几种，在面对避免形成残留物的技术问题时，本领域技术人员有动机将硬掩膜层设置为自下而上层叠的氮化硅硬掩膜层、金属硬掩膜层和氧化物硬掩膜层三层不同的材料层。
对此，合议组认为：对比文件6中仅列举了可以作为硬掩膜层的材料，其可以为多层结构，也可以为单层结构，但并未具体的公开如权利要求书中所限定的“材料不同的三层硬掩膜层结构”。并且对比文件6中完全不涉及本申请所要解决的“在机械研磨去除硬掩膜层时如何避免硬掩膜层残留”的技术问题，进而也不会给出将上述三层硬掩膜层结构应用到对比文件5中以解决其技术问题的技术启示。因此，合议组对驳回决定和前置审查意见不予支持。
至于本申请是否还存在其他不符合专利法及专利法实施细则之处，均留待后续程序继续审查。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年06月11日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局实质审查部门在本复审请求审查决定针对的文本的基础上对本申请继续进行审查。
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复审请求审查决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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