发明创造名称：具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管
外观设计名称：
决定号：183026
决定日：2019-07-02
委内编号：1F265992
优先权日：
申请（专利）号：201510367028.3
申请日：2015-06-29
复审请求人：电子科技大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：裴亚芳
合议组组长：梁素平
参审员：黄万国
国际分类号：H01L29/772，H01L29/06
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既没有被其他对比文件披露，也不属于本领域的公知常识，并且该区别技术特征为该项权利要求的技术方案带来了有益的技术效果，则该项权利要求具有突出的实质性特点和显著的进步，具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510367028.3，名称为“具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为电子科技大学，申请日为2015年06月29日，公开日为2015年10月21日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2018年07月30日发出驳回决定，以权利要求1-10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：申请日2015年06月29日提交的权利要求第1-10项、说明书第1-10页、说明书附图第1-3页、说明书摘要和摘要附图。
驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，从上至下主要由势垒层（103）、沟道层（104）、n -GaN衬底（202）、漏极（203）组成，在所述势垒层（103）上部设有源极（101）和栅极（102），而在沟道层（104）与n -GaN衬底（202）之间设有电流阻挡层（301）、n-GaN缓冲层（105），其特征在于：在所述电流阻挡层（301）中心设有宽度为LAP的孔径，该孔径嵌套在n -GaN衬底（202）上部；且电流阻挡层（301）由绝缘电介质构成，并在电流阻挡层（301）内设有低K绝缘电介质层（302）。
2. 根据权利要求1所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述的电流阻挡层（301）上表面与GaN沟道层（104）相连，下表面与n -GaN衬底（202）相连，并分为两部分，沿着水平方向分别位于n-GaN缓冲层（105）两侧。
3. 根据权利要求1或2所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述低K绝缘电介质层（302）沿着垂直方向，从上至下共分为n层，n为正整数，n的范围为1≤n≤1000。
4. 根据权利要求3所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述低K绝缘电介质层（302）的每一层分为两部分，沿着水平方向分别位于n-GaN缓冲层（105）两侧并且沿n-GaN缓冲层（105）的垂直中心线对称设置。
5. 根据权利要求3所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述的低K绝缘电介质层（302） 长度为Llk，其范围为1nm≤Llk≤LCBL，其中LCBL为电流阻挡层（301）长度；所述的低K绝缘电介质层（302）厚度为Tlk，其范围为1nm≤Tlk≤TCBL，其中TCBL为电流阻挡层（301）厚度。
6. 根据权利要求3所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述的低K绝缘电介质层（302）相邻两层之间距离为Tll，其范围为0≤Tll≤30μm。
7. 根据权利要求3所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述的低K绝缘电介质层（302）顶层与沟道层（104）之间的距离为TL-C，其范围为1nm≤TL-C≤15μm；低K绝缘电介质层（302）底层与n -GaN衬底（202）之间的距离为TL-S，其范围为0≤TL-S≤15μm。
8. 根据权利要求3所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述的低K绝缘电介质层（302）的形状为长方形。
9. 根据权利要求4～8任一项所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述电流阻挡层（301）的材料为介电常数为K1的绝缘电介质，其中K1满足1<>
10. 根据权利要求9所述的具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，其特征在于：所述低K绝缘电介质层（302）的材料为介电常数为K2的绝缘电介质，其中K2满足1<>
驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件1：EP 2117040A1，公开日为2009年11月11日；
对比文件2：CN 1845332A，公开日为2006年10月11日。
驳回决定的具体理由是：独立权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：在电流阻挡层内设有低K绝缘电介质层。该区别技术特征是本领域技术人员在对比文件2的教导下结合本领域公知常识容易得到的；从属权利要求2-10的附加技术特征或被对比文件1、2公开或属于本领域的公知常识。因此，权利要求1-10不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对申请人的意见陈述，驳回决定中指出：1）虽然本申请涉及垂直GaN异质结场效应晶体管器件耐压，而对比文件2涉及的是横向SOI功率器件耐压，但二者的调制机制相同，都是减小电场峰，使得电场分布均匀化，当本领域技术人员面对提高纵向器件纵向（即源漏方向）耐压的需求时，在对比文件2的技术启示下，有动机沿纵向电场方向在电流阻挡层引入介电常数不同的介质层如低k介质层，从而在界面处产生电场峰以对器件耐压层的电场进行调制，进一步将低K介质层设于电流阻挡层内，属于本领域的公知常识。2）虽然对比文件1并未提及耐压低的缺陷，但对于本领域技术人员来说，该技术问题是客观存在的，对比文件1也存在耐压提高的需求。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年11月14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）本申请低K绝缘电介质层内嵌于电流阻挡层内，对比文件2中介质层15和介质层16并排排列，结构明显不同。2）本申请的器件无源结和漏结，器件纵向区域上并无源结和漏结的电场峰，调制电场的目的是使电场矩形化并接近材料极限，将缓冲区电场整体提升，而对比文件2调制电场的目的是削弱源结和漏结的电场峰，调制电场的原理明显不同。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年11月22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：对比文件1与本申请一样，也为纵向器件，同样在耐压区中采用了电流阻挡层，已经解决了本申请声称的提高阻挡反向泄漏电流能力的这一技术问题，权利要求1相对于对比文件1实际解决的技术问题是：如何提高器件耐压。对比文件2给出了在耐压区中两种介质的交界处引入电场以调制横向电场来提高耐压的技术启示。尽管对比文件2涉及的是横向器件，调制的是表面电场，然而无论是横向器件还是纵向器件，耐压区域均是设置在源漏之间的电场路径上。在对比文件2的技术启示下，本领域技术人员有动机沿纵向电场方向在电流阻挡层中引入介电常数不同的介质层如低k介质层，在界面处产生电场峰以对器件耐压层的电场进行调制，而将低K介质层设于电流阻挡层内，属于本领域的公知常识。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03月27日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：1）在电流阻挡层内设有低K绝缘电介质层；2）衬底为n -GaN衬底。区别技术特征1）是本领域技术人员在对比文件2的教导下结合本领域的公知常识容易得到的；区别技术特征2）属于本领域的公知常识。从属权利要求2-6、8-10的附加技术特征或被对比文件1、2公开或属于本领域的公知常识。因此，权利要求1-6、8-10不具备专利法第22条第3款规定的创造性。对于复审请求人的意见陈述，合议组认为：1）无论器件是否有源结、漏结，器件本身包含两个电场峰还是一个电场峰，引入低K介质的作用都是在界面处引入新的电场峰，经由该新的电场峰来优化源、漏之间的电场分布，从而提高源、漏方向的耐压，因而本领域技术人员能够从对比文件2中得到在介质层中引入低K介质层以引入新的电场峰来优化源、漏方向上电场而提高器件源、漏方向电压的技术启示。基于该技术启示，当本领域技术人员面临如何提高对比文件1的具有电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管的纵向耐压即源、漏方向的耐压的技术问题时，有动机在电流阻挡层中引入低K介质层，以经由电流阻挡层的绝缘介质层和低K介质层的界面引入新的电场峰，通过该电场峰来优化源、漏之间的电场分布，从而提高具有电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管源、漏方向上的耐压（纵向耐压），而将低K介质层形成为嵌入到电流阻挡层内，属于本领域技术人员的常规选择。
复审请求人于2019年04月28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1-8项），具体修改如下：原从属权利要求7上升为独立权利要求1，删除原从属权利要求7引用的原独立权利要求1和从属权利要求3，适应性修改权利要求序号和引用关系。修改后的权利要求1内容如下：
“1. 具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管，从上至下主要由势垒层(103)、沟道层(104)、n -GaN衬底(202)、漏极(203)组成，在所述势垒层(103)上部设有源极(101)和栅极(102)，而在沟道层(104)与n -GaN衬底(202)之间设有电流阻挡层(301)、n-GaN缓冲层(105)，其特征在于：在所述电流阻挡层(301)中心设有宽度为LAP的孔径，该孔径嵌套在n -GaN衬底(202)上部；且电流阻挡层(301)由绝缘电介质构成，并在电流阻挡层(301)内设有低K绝缘电介质层(302)；
所述低K绝缘电介质层(302)沿着垂直方向，从上至下共分为n层，n为正整数，n的范围为1≤n≤1000；
所述的低K绝缘电介质层(302)顶层与沟道层(104)之间的距离为TL-C，其范围为1nm≤TL-C≤15μm；低K绝缘电介质层(302)底层与n -GaN衬底(202)之间的距离为TL-S，其范围为0≤TL-S≤15μm。”
复审请求人认为：1）本申请请求保护一种垂直氮化镓基异质结场效应晶体管，提高器件纵向耐压，低K介质层内嵌在电流阻挡层中，击穿时阻挡层材料与低K介质层界面电场不连续，引入电场峰，使得器件缓冲层电场受到调制，从而提高纵向耐压，而对比文件2涉及一种横向耐压器件，低K介质层15与介质层16（相当于电流阻挡层）并排排列，介电系数不同而在界面处产生附加电场，引入新的电场峰，表面电场优化，提高横向耐压，二者结构不同、工作原理不同。2）权利要求1中增加了新的技术特征，相对于权利要求1存在如下区别技术特征：①在电流阻挡层内设有低K绝缘电介质层；②衬底为n -GaN衬底；③所述低K绝缘电介质层沿着垂直方向，从上至下共分为n层，n为正整数，n的范围为1≤n≤1000；所述的低K绝缘电介质层(302)顶层与沟道层(104)之间的距离为TL-C，其范围为1nm≤TL-C≤15μm；低K绝缘电介质层(302)底层与n -GaN衬底(202)之间的距离为TL-S，其范围为0≤TL-S≤15μm。基于上述区别技术特征，本申请权利要求1请求保护的技术方案实际解决的技术问题是：①提高GaN基器件的纵向耐压；②降低漏区电阻率；③降低截止状态下器件泄漏电流。针对区别技术特征①、②、③，本申请请求保护的垂直氮化镓基异质结场效应管，充分优化后缓冲层中的电场在垂直方向可接近3.4MV/cm且基本不变，器件击穿电场（330V/μm）极其接近GaN材料耐压极限(340V/μm)，高于目前GaN器件技术最高平均击穿电场（21OV/μm），充分体现了高耐压特性。本申请附图5示出，与常规GaN VHFET相比，本申请的结构有效地提升了器件的击穿电压，在器件其他参数完全相同的情况下，器件击穿电压从596V增大至1672V，增大了超过200％（参见说明书第[0008]段、说明书第[0024]-[0040]段，附图3-5）。
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
1、审查文本的认定
复审请求人于2019年04月28日提交了权利要求书的全文修改替换页。经审查，该修改符合专利法实施细则第61条第1款及专利法第33条的规定。本复审请求审查决定所针对的审查文本为：2019年04月28日提交的权利要求第1-8项；申请日2015年06月29日提交的说明书第1-10页、说明书附图第1-3页、说明书摘要和摘要附图。
2、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既没有被其他对比文件披露，也不属于本领域的公知常识，并且该区别技术特征为该项权利要求的技术方案带来了有益的技术效果，则该项权利要求具有突出的实质性特点和显著的进步，具备创造性。
本复审请求审查决定引用的对比文件与驳回决定和复审通知书中引用的对比文件相同，即：
对比文件1：EP 2117040A1，公开日为2009年11月11日；
对比文件2：CN 1845332A，公开日为2006年10月11日。
2-1、权利要求1请求保护具有复合低K电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管。对比文件1公开了具有电流阻挡层的垂直氮化镓基异质结场效应管(参见说明书第[0042]段，附图4A)：从上至下主要由未掺杂的AlGaN间隔层7（相当于势垒层）、GaN沟道层26、n型导电单晶SiC衬底1、漏极D组成，在未掺杂的AlGaN间隔层7上部设有源极S和栅极G，在GaN沟道层26与n型导电单晶SiC衬底1之间设有电流阻挡层20、n-GaN缓冲层25；在电流阻挡层20中心设有一定宽度的孔径（相当于宽度为LAP的孔径），孔径嵌套在n型导电单晶SiC衬底1上部；其中，电流阻挡层20由绝缘电介质构成，并且，替代单晶SiC衬底，可以采用单晶GaN衬底。
该权利要求请求保护的技术方案相对于对比文件1的区别技术特征在于：1）在电流阻挡层内设有低K绝缘电介质层；低K绝缘电介质层沿着垂直方向，从上至下共分为n层，n为正整数，n的范围为1≤n≤1000；低K绝缘电介质层顶层与沟道层之间的距离为TL-C，其范围为1nm≤TL-C≤15μm；低K绝缘电介质层底层与n -GaN衬底之间的距离为TL-S，其范围为0≤TL-S≤15μm；2）衬底为n -GaN衬底。基于该区别技术特征，可以确定该权利要求实际解决的技术问题是：1）提高垂直氮化镓基异质结场效应管的纵向耐压；2）降低漏区电阻率。
对于区别技术特征1），对比文件1对于“在电流阻挡层内设置低K绝缘电介质层”没有任何涉及，因而对于该区别技术特征1）没有任何技术启示。对比文件2（参见说明书第3页第1段-5页最后一段、附图7-12）公开了一种SOI-LDMOS功率器件，其中，在衬底中包括介质埋层2，介质埋层2由介质层16和低K介质层15组成，低K介质层15为低K介质材料，介电系数为K1，介质层16为SiO2或高K材料如Si3N4，介电系数为K2，低K介质层15与介质层16的介电系数不同，导致二者的界面处产生附加电场，该附加电场对漂移区电场的调制作用使得器件表面处引入新的表面电场峰，表面电场优化，从而提高了器件的源漏方向的耐压即横向耐压。附图12示出了SOI-LDMOS功率器件表面横向电场分布，附图12表明K1、K2相差越大，新的电场峰愈高，并且，附图12示出，K1=2，K2=3.9的情形，在源、漏结中间位置引入了很强的新电场峰，该电场峰使得器件表面源、漏之间的电场优化。由此可见，对比文件2仅公开了在介质埋层2引入低K介质材料15以引入新的电场峰而优化电场分布来提高耐压，并未公开将低K介质材料15形成于介质埋层2内且形成为包括低K绝缘电介质层顶层和低K绝缘电介质层底层的多层结构以及低K绝缘电介质层顶层与沟道层之间的距离TL-C、低K绝缘电介质层底层与n -GaN衬底之间的距离TL-S的优选数值范围，即对比文件2并未公开上述区别技术特征1），无法给出相应的技术启示。上述区别技术特征1）也不是本领域的公知常识，同时，该区别技术特征1）使得权利要求1的技术方案产生了有益的技术效果：充分优化后缓冲层中的电场在垂直方向可接近3.4MV/cm且基本不变，使得器件击穿电场（330V/μm）极其接近GaN材料耐压极限(340V/μm)，高于目前GaN器件技术最高平均击穿电场（21OV/μm），充分提高了器件的耐压特性。
对于区别技术特征2），对比文件1 公开了：n型导电单晶SiC衬底1，并且，替代单晶SiC衬底，可以采用单晶GaN衬底（参见说明书第[0059]、[0062]段）。在此基础上，将用作漏区的衬底采用n -GaN形成，以降低电阻率，属于本领域的常规手段。
基于上述理由，在对比文件1的基础上结合对比文件2和本领域公知常识来得到权利要求1请求保护的技术方案对本领域技术人员来说是非显而易见的，权利要求1相对于对比文件1、2和本领域公知常识的结合具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2-2、在独立权利要求1具备创造性的情况下，直接或间接引用其的从属权利要求2-8同样具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、针对驳回决定和前置审查相关意见的答复
对于驳回决定和前置审查意见，合议组认为：修改后的权利要求1与对比文件1相比至少存在如下区别技术特征：在电流阻挡层内设有低K绝缘电介质层；低K绝缘电介质层沿着垂直方向，从上至下共分为n层，n为正整数，n的范围为1≤n≤1000；低K绝缘电介质层顶层与沟道层之间的距离为TL-C，其范围为1nm≤TL-C≤15μm；低K绝缘电介质层(302)底层与n -GaN衬底(202)之间的距离为TL-S，其范围为0≤TL-S≤15μm。对比文件2仅公开了在介质埋层2引入低K介质材料15以引入新的电场峰而优化电场分布来提高耐压，并未公开将低K介质材料15形成于介质埋层2内且形成为包括低K绝缘电介质层顶层和低K绝缘电介质层底层的多层结构以及低K绝缘电介质层顶层与沟道层之间的距离TL-C、低K绝缘电介质层底层与n -GaN衬底之间的距离TL-S的优选数值范围，仅能给出在介质埋层引入低K介质材料以引入新的电场峰而优化电场分布以提高击穿电压的技术启示，无法给出在电流阻挡层内设置包括低K绝缘电介质层顶层和低K绝缘电介质层底层的多层低K绝缘介质层的技术启示，更无法给出低K绝缘电介质层顶层与沟道层之间的距离TL-C以及低K绝缘电介质层底层与n -GaN衬底之间的距离TL-S的优选数值范围的技术启示，而该区别技术特征也不是本领域的公知常识，且使得权利要求1的技术方案产生了如下有益的技术效果：充分优化后缓冲层中的电场在垂直方向可接近3.4MV/cm且基本不变，使得器件击穿电场（330V/μm）极其接近GaN材料耐压极限(340V/μm)，高于目前GaN器件技术最高平均击穿电场（21OV/μm），充分提高了器件的耐压特性。
综上所述，本申请修改后的权利要求克服了驳回决定和复审通知书中所指出的缺陷。至于本申请是否存在其它不符合专利法和专利法实施细则规定的缺陷，由后续程序继续审查。
基于以上事实和理由，合议组现依法作出以下审查决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年07月30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以本复审请求审查决定所针对的文本为基础继续进行审批程序。
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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