发明创造名称：一种半导体器件及其制造方法
外观设计名称：
决定号：185143
决定日：2019-07-23
委内编号：1F275358
优先权日：
申请（专利）号：201510995670.6
申请日：2015-12-25
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：朱科
合议组组长：白燕
参审员：杨嘉
国际分类号：H01L29/73,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：权利要求请求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，如果该区别技术特征是本领域技术人员根据本领域的公知常识容易想到和实现的，则该权利要求不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510995670.6，发明名称为“一种半导体器件及其制造方法”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12月25日，公开日为2016年03月16日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2018年11月20日发出驳回决定，以权利要求6-9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：申请人于2018年09月29日提交的权利要求第1-9项，申请日2015年12月25日提交的说明书第1-6页、说明书附图第1-6页、说明书摘要和摘要附图。
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，包括多个结构相同并依次连接的元胞，所述元胞包括N型掺杂衬底(2)，位于N型掺杂衬底(2)之上的N型轻掺杂外延层(3)，位于N型轻掺杂外延层(3)之中的扩散P型阱区(4)，所述扩散P型阱区(4)为两个并分别位于元胞的两端，位于扩散P型阱区(4)之中的第一P型重掺杂区(5)和N型重掺杂区(7)，位于N型轻掺杂外延层(3)和扩散P型阱区(4)上表面的氧化层(10)，覆盖整个元胞表面的金属阴极(9)，位于N型掺杂衬底(2)下表面的第二P型重掺杂区(1)，位于第二P型重掺杂区(1)下表面的金属阳极(8)，所述第一P型重掺杂区(5)、N型重掺杂区(7)和金属阴极(9)形成欧姆接触，所述第二P型重掺杂区(1)和金属阳极(8)形成欧姆接触，所述第二P型重掺杂区(1)通过在N型掺杂衬底(2)背面注入形成。
2. 根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括位于N型重掺杂区(7)和N型轻掺杂外延层(3)之间且嵌入扩散P型阱区(4)上表面的N型耗尽型沟道区(6)，所述氧化层(10)位于N型轻掺杂外延层(3)和N型耗尽型沟道区(6)上表面。
3. 根据权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件中各掺杂类型可相应变为相反的掺杂，即P型掺杂变为N型掺杂的同时，N型掺杂变为P型掺杂。
4. 根据权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件所用半导体材料为硅或碳化硅。
5. 根据权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于，所述元胞中扩散P型阱区(4)之间的距离、N型掺杂衬底(2)的厚度、N型轻掺杂外延层(3)的厚度可根据具体耐压及夹断电压的要求调节；所述元胞的个数可根据恒定电流值的要求调节。
6. 一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：采用N型硅片作为衬底，在其表面进行轻掺杂N型外延，形成N型轻掺杂外延层(3)；
步骤2：进行扩散P型阱区(4)注入前预氧；
步骤3：光刻扩散P型阱区窗口，进行扩散P型阱区(4)注入，注入剂量根据不同电流能力调节，然后进行扩散P型阱区(4)推结，刻蚀多余的氧化层；
步骤4：进行第一P型重掺杂区(5)、N型重掺杂区(7)注入前预氧，光刻N 窗口，进行N型重掺杂区(7)注入，光刻P 窗口，进行第一P型重掺杂区(5)注入，刻蚀多余的氧化层；
步骤5：在元胞上表面淀积前预氧，淀积氧化层，光刻、刻蚀形成氧化层(10)；
步骤6：欧姆孔刻蚀，淀积铝金属；
步骤7：刻蚀金属，形成金属阴极(9)；
步骤8：淀积钝化层，刻阴极PAD孔；
步骤9：将硅片减薄，在N型掺杂衬底(2)下表面注入第二P型重掺杂区(1)；
步骤10：第二P型重掺杂区(1)下表面形成金属阳极(8)；
步骤11：淀积钝化层，刻阳极PAD孔。
7. 根据权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述半导体器件制造方法中第一P型重掺杂区(5)与N型重掺杂区(7)的注入顺序可互换。
8. 根据权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述半导体器件制造方法中金属阳极(8)与金属阴极(9)同时形成。
9. 根据权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述硅片减薄的厚度可根据具体耐压调节。”
驳回决定引用以下对比文件：
对比文件1：CN104779303A，公开日为2015年07月15日。
驳回决定认为：（1）独立权利要求6与对比文件1的区别技术特征在于：采用N型硅片作为衬底，在其表面进行轻掺杂N型外延以形成N型轻掺杂外延层；淀积氧化层之后光刻、刻蚀形成氧化层；刻阴极PAD孔之后，将硅片减薄，在N型掺杂衬底下表面注入第二P型重掺杂区，第二P型重掺杂区下表面形成金属阳极，淀积钝化层，刻阳极PAD孔。该区别技术特征是本领域技术人员在对比文件1的基础上根据本领域的公知常识容易得到的，因而权利要求6不具备创造性。（2）从属权利要求7-9的附加技术特征属于本领域的公知常识，因而权利要求7-9也不具备创造性。（3）选择不同的衬底制造IGBT型器件，在相同的耐压条件下对外延层的厚度的需求也是不同的，参见公知常识的证据：《电力半导体新器件及其制造技术》，王彩琳编著，北京：机械工业出版社，2015年06月，第205-211页，图5-2和5-4，本领域技术人员可以根据实际的制造成本来选择合适的衬底类型。
驳回决定的其他说明部分指出：（1）独立权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：N型轻掺杂外延层位于N型掺杂衬底之上，位于N型掺杂衬底下表面的第二P型重掺杂区，位于第二P型重掺杂区下表面的金属阳极，第二P型重掺杂区和金属阳极形成欧姆接触，第二P型重掺杂区通过在N型掺杂衬底背面注入形成。该区别技术特征是本领域技术人员在对比文件1的基础上根据本领域的公知常识容易得到的，因而权利要求1不具备创造性。（2）从属权利要求2-4的附加技术特征被对比文件1公开，从属权利要求5的部分附加技术特征被对比文件1公开，其余附加技术特征属于本领域的公知常识，因而权利要求2-5也不具备创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年03月04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：对比文件1是一个类非穿通IGBT型恒流二极管，利用PNP结构承受正向耐压，而本申请的N型衬底上有轻掺杂层，在正向耐压时是一个穿通结构，具有更高的正向耐压；对比文件1采用P型衬底，受限于其不高且不够均匀的掺杂浓度，其注入效率远逊于本申请中背面注入的P型重掺杂区，本申请显著提升了电流能力；对比文件1的P型衬底很厚，根据现有工艺最多减薄到50-60微米，有很大的寄生电阻值，而本申请背面注入的P型衬底则使得第二P型重掺杂区和金属阳极形成欧姆接触，降低了寄生电阻值。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年03月12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05月20日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1-9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：本申请的半导体器件与对比文件1公开的半导体器件均为类耗尽IGBT型垂直恒流二极管，二者的主要区别在于本申请为N型掺杂衬底，其下表面具有P型重掺杂区，而对比文件1为P型轻掺杂衬底，其下表面直接连接金属阳极；然而对于IGBT基本元胞，在N型轻掺杂外延层下设置N型掺杂衬底，并在N型掺杂衬底下表面设置P型重掺杂区，该结构属于本领域的公知结构，具体参见公知常识的证据：《电力半导体新器件及其制造技术》，王彩琳编著，北京：机械工业出版社，2015年06月，第206页图5-2的IGBT基本元胞结构中，N型掺杂衬底（n）位于N型轻掺杂外延层（n-）之下，P型重掺杂区（p ）位于N型掺杂衬底（n）下表面。当本领域技术人员根据上述公知常识将对比文件1的P型轻掺杂衬底替换为N型掺杂衬底，并在该N型掺杂衬底下表面设置P型重掺杂区时，该P型重掺杂区必然与最下层的金属阳极形成欧姆接触，其获得的相应技术效果（具有更高的正向耐压、显著提升了电流能力、降低了寄生电阻值）是本领域技术人员根据半导体器件的结构及其基本原理可以合理预期的，并非预料不到的技术效果，不能为本申请带来创造性。
复审请求人于2019年07月02日提交了意见陈述书，未修改申请文件。复审请求人认为：本申请与对比文件1的发明目的、解决的技术问题和技术方案均不同，此外，公知常识的证据中，n为缓冲层，其厚度小，与本申请具有一定厚度的N型衬底不能等同；本申请是一个两端器件，而公知常识的证据中IGBT为三端器件，二者在工作方式和应用场景上存在明显区别。
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
1、审查文本的认定
复审请求人在复审程序中未修改申请文件，本复审请求审查决定所针对的审查文本与驳回决定和复审通知书所针对的审查文本相同，即：复审请求人于2018年09月29日提交的权利要求第1-9项，申请日2015年12月25日提交的说明书第1-6页、说明书附图第1-6页、说明书摘要和摘要附图。
2、关于创造性
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。
权利要求请求保护的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，如果该区别技术特征是本领域技术人员根据本领域的公知常识容易想到和实现的，则该权利要求不具备创造性。
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引用的对比文件相同，即：
对比文件1：CN104779303A，公开日为2015年07月15日。
权利要求1-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性，具体理由如下：
2.1 权利要求1请求保护一种半导体器件。对比文件1公开了一种垂直型恒流二极管（即半导体器件），并具体公开了以下技术特征（参见说明书第5-29段、附图1-2）：其包括多个结构相同并依次连接的元胞，所述元胞包括N型轻掺杂外延层3，N型轻掺杂外延层3位于P型轻掺杂衬底2之上，位于N型轻掺杂外延层3之中的第一扩散P型阱区4，第一扩散P型阱区4为两个并分别位于元胞的两端，位于第一扩散P型阱区4之中的第一P型重掺杂区5和第一N型重掺杂区7，位于N型轻掺杂外延层3和第一扩散P型阱区4上表面的第一氧化层10，覆盖整个元胞表面的第一金属阴极9，位于P型轻掺杂衬底2下表面的金属阳极8，第一P型重掺杂区5、第一N型重掺杂区7和第一金属阴极9形成欧姆接触。
权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：衬底为N型掺杂衬底，N型轻掺杂外延层位于N型掺杂衬底之上，位于N型掺杂衬底下表面的第二P型重掺杂区，位于第二P型重掺杂区下表面的金属阳极，第二P型重掺杂区和金属阳极形成欧姆接触，第二P型重掺杂区通过在N型掺杂衬底背面注入形成。基于上述区别技术特征可以确定，权利要求1实际解决的技术问题是：实现半导体器件正向大电流、反向高耐压。
对比文件1还公开了以下内容（参见说明书第25段）：采用与外延层掺杂类型相反的P型掺杂半导体材料作为衬底，P型轻掺杂衬底2会向N型轻掺杂外延层注入空穴，使得恒流二极管为空穴电流和电子电流两种载流子电流，增大了器件的电流密度。对比文件1与本申请均为恒流二极管，且对比文件1中器件的工作原理及达到的效果均与本申请相同。本领域公知，IGBT基本元胞结构中，N型轻掺杂外延层位于n缓冲层之上，P型重掺杂区位于n缓冲层下表面属于常见的结构，参见公知常识的证据：《电力半导体新器件及其制造技术》，王彩琳编著，北京：机械工业出版社，2015年06月，第206页图5-2的IGBT基本元胞结构中，N型轻掺杂外延层（n-）位于n缓冲层之上，P型重掺杂区（p ）位于n缓冲层下表面。在半导体领域，IGBT与恒流二极管在器件的层结构上具有一定的相似性和通用性，本领域技术人员容易想到将IGBT中的上述层结构用于对比文件1的恒流二极管中，即，使得对比文件1中的N型轻掺杂外延层位于n缓冲层之上，并在n缓冲层下表面设置第二P型重掺杂区；由于在N型衬底中通过掺杂形成P型重掺杂区属于本领域的常用技术手段，因而基于上述公知常识的证据中在n缓冲层之下做P型重掺杂区，在N型掺杂衬底之下做P型重掺杂区是本领域技术人员容易想到和实现的；鉴于对比文件1中的金属阳极位于最下层，因而此时金属阳极必然位于第二P型重掺杂区的下表面，并且第二P型重掺杂区和金属阳极形成欧姆接触；注入属于半导体掺杂的常见方法，因而使得第二P型重掺杂区通过在N型掺杂衬底背面注入形成是本领域技术人员容易想到和实现的，其相应的技术效果也是可以合理预期的。
因此，在对比文件1的基础上结合本领域的公知常识以得到权利要求1请求保护的技术方案，对本领域技术人员来说是显而易见的，权利要求1的技术方案不具有突出的实质性特点，因而不具备创造性。
2.2 对于权利要求2，对比文件1还公开了以下技术特征（参见说明书第38段、附图2）：位于第一N型重掺杂区7和N型轻掺杂外延层3之间且嵌入第一扩散P型阱区4上表面的N型耗尽型沟道区6，第一氧化层10位于N型轻掺杂外延层3和N型耗尽型沟道区6的上表面。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求2也不具备创造性。
2.3 对于权利要求3，对比文件1还公开了以下技术特征（参见说明书第10段）：垂直型恒流二极管中各掺杂类型可相应变为相反的掺杂，即P型掺杂变为N型掺杂的同时，N型掺杂变为P型掺杂。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求3也不具备创造性。
2.4 对于权利要求4，对比文件1还公开了以下技术特征（参见说明书第9段）：垂直型恒流二极管所用半导体材料为硅或者碳化硅等。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求4也不具备创造性。
2.5 对于权利要求5，对比文件1还公开了以下技术特征（参见说明书第12、28段）：元胞的个数、元胞中第一扩散P型阱区4之间的距离可根据具体耐压、恒定电流和夹断电压的要求进行调节。而根据具体耐压的要求调节N型掺杂衬底的厚度以及N型轻掺杂外延层的厚度为本领域的常用技术手段，是本领域技术人员容易想到和实现的。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求5也不具备创造性。
2.6 权利要求6请求保护一种半导体器件的制造方法。对比文件1公开了一种垂直型恒流二极管（即半导体器件）的制造方法，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第13-23段、附图1-2）：该制造方法包括步骤1：采用P型硅片作为衬底，在其表面进行轻掺杂N型外延，形成N型轻掺杂外延层3；步骤2：进行第一扩散P型阱区4注入前预氧，淀积Si3N4，光刻元胞窗口；步骤3：刻蚀Si3N4，进行第一扩散P型阱区4注入，其必然经历了光刻第一扩散P型阱区窗口，注入剂量根据不同电流能力调节，然后进行第一扩散P型阱区4推结，刻蚀多余的Si3N4及氧化层；步骤4：进行第一P型重掺杂区5、第一N型重掺杂区7注入前预氧；步骤5：光刻N 窗口，进行第一N型重掺杂区7注入，光刻P 窗口，进行第一P型重掺杂区5注入，刻蚀多余的氧化层；步骤6：淀积前预氧，淀积氧化层；步骤7：欧姆孔刻蚀，淀积铝金属；步骤8：刻蚀金属，形成金属阴极9；步骤9：淀积钝化层，刻PAD孔（相当于刻阴极PAD孔）；步骤10：P型轻掺杂衬底2下表面形成金属阳极8。
权利要求6与对比文件1的区别技术特征在于：衬底为N型硅片；淀积氧化层之后光刻、刻蚀形成氧化层；刻阴极PAD孔之后，将硅片减薄，在N型掺杂衬底下表面注入第二P型重掺杂区，第二P型重掺杂区下表面形成金属阳极，淀积钝化层，刻阳极PAD孔。基于上述区别技术特征可以确定，权利要求6实际解决的技术问题是：实现半导体器件正向大电流、反向高耐压。
对比文件1还公开了以下内容（参见说明书第25段）：采用与外延层掺杂类型相反的P型掺杂半导体材料作为衬底，P型轻掺杂衬底2会向N型轻掺杂外延层注入空穴，使得恒流二极管为空穴电流和电子电流两种载流子电流，增大了器件的电流密度。对比文件1与本申请均为恒流二极管，且对比文件1中器件的工作原理及达到的效果均与本申请相同。本领域公知，IGBT基本元胞结构中，N型轻掺杂外延层位于n缓冲层之上，P型重掺杂区位于n缓冲层下表面属于常见的结构，参见公知常识的证据：《电力半导体新器件及其制造技术》，王彩琳编著，北京：机械工业出版社，2015年06月，第206页图5-2的IGBT基本元胞结构中，N型轻掺杂外延层（n-）位于n缓冲层之上，P型重掺杂区（p ）位于n缓冲层下表面。在半导体领域，IGBT与恒流二极管在器件的层结构上具有一定的相似性和通用性，本领域技术人员容易想到将IGBT中的上述层结构用于对比文件1的恒流二极管中，即，使得对比文件1中的N型轻掺杂外延层位于n缓冲层之上，并在n缓冲层下表面设置第二P型重掺杂区；由于在N型衬底中通过掺杂形成P型重掺杂区属于本领域的常用技术手段，因而基于上述公知常识的证据中在n缓冲层之下做P型重掺杂区，在N型掺杂衬底之下做P型重掺杂区是本领域技术人员容易想到和实现的；鉴于对比文件1中的金属阳极位于最下层，因而此时金属阳极必然形成于第二P型重掺杂区的下表面；此外，淀积氧化层之后光刻、刻蚀形成氧化层，刻阴极PAD孔之后将硅片减薄，淀积钝化层、刻阳极PAD孔属于本领域制造半导体器件的常规制造工艺，是本领域技术人员容易想到和实现的，其相应的技术效果也是可以合理预期的。
因此，在对比文件1的基础上结合本领域的公知常识以得到权利要求6请求保护的技术方案，对本领域技术人员来说是显而易见的，权利要求6的技术方案不具有突出的实质性特点，因而不具备创造性。
2.7 对于权利要求7，第一P型重掺杂区与N型重掺杂区的注入顺序是本领域技术人员根据需要可以进行选择的，其相应的技术效果可以合理预期。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求7也不具备创造性。
2.8 对于权利要求8，金属阳极和金属阴极属于两个独立部件，二者同时形成有利于提高制造效率，是本领域技术人员容易想到和实现的。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求8也不具备创造性。
2.9 对于权利要求9，硅片的厚度是影响半导体器件耐压的重要因素，本领域技术人员容易想到使得硅片减薄的厚度根据具体耐压来调节。因此，当其引用的权利要求不具备创造性时，权利要求9也不具备创造性。
3、关于复审请求人的意见陈述
对于复审请求人答复复审通知书时的意见陈述，合议组认为：本申请的发明构思在于在衬底背面注入与衬底掺杂类型相反的半导体材料形成第二P型重掺区，第二P型重掺杂区与金属阳极形成欧姆接触，并向N 型掺杂衬底、N型轻掺杂外延层注入空穴，使得半导体器件为空穴电流和电子电流两种载流子电流，增大了器件的电流密度（参见说明书第26段），而对比文件1公开了恒流二极管采用与外延层掺杂类型相反的P型掺杂半导体材料作为衬底，P型轻掺杂衬底会向N型轻掺杂外延层注入空穴，使得恒流二极管为空穴电流和电子电流两种载流子电流，增大了器件的电流密度（参见说明书第25段），由此可见，二者在通过空穴电流和电子电流两种载流子增大器件电流密度的技术构思上是相同的；本申请与对比文件1的半导体器件均为恒流二极管，二者的主要区别在于衬底的类型不同，对比文件1为P型衬底，而本申请为N型衬底。虽然公知常识的证据中IGBT为三端器件，n为缓冲层，但IGBT与本申请以及对比文件1中的恒流二极管在半导体器件的层结构上具有一定的相似性和通用性，IGBT基本元胞结构中n缓冲层及其下面的p 集电区下部与输出端（对应于本申请的金属阳极）连接，上部与n-漂移区（对应于本申请的N型轻掺杂外延层）连接，该结构中p 集电区向上面的n缓冲层注入空穴，有电子和空穴两种载流子参与导电，同样能够增大器件的电流密度，与本申请作用相同，本领域技术人员容易想到将该层状结构用于恒流二极管中，其达到的技术效果也是可以合理预期的；当本领域技术人员采用n缓冲层及其下面的p 集电区替换对比文件1中同样处于N型轻掺杂外延层与金属阳极之间的P型轻掺杂衬底时，鉴于在N型衬底中通过掺杂形成p 层属于本领域的常用技术手段，因而使得n缓冲层作为N型掺杂衬底是本领域技术人员容易想到和实现的。
综上所述，复审请求人的意见陈述不具有说服力，合议组不予支持。
基于上述事实和理由，合议组依法作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年11月20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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