发明创造名称：晶圆键合方法及异质衬底制备方法
外观设计名称：
决定号：191596
决定日：2019-10-08
委内编号：1F286009
优先权日：
申请（专利）号：201710076760.4
申请日：2017-02-13
复审请求人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：王鹏
合议组组长：赵颖
参审员：杨万里
国际分类号：H01L21/02；H01L21/762；B81C3/00
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相对于作为最接近的现有技术的对比文件存在区别技术特征，而该区别技术特征没有被其他对比文件公开，也不属于本领域的公知常识，即现有技术中没有给出将上述区别技术特征应用到该作为最接近的现有技术的对比文件以解决其存在的技术问题的启示，且该区别技术特征使得该权利要求的技术方案具有有益的技术效果，则该权利要求相对于上述对比文件和公知常识具有创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201710076760.4，名称为“晶圆键合方法及异质衬底制备方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为中国科学院上海微系统与信息技术研究所。申请日为2017年02月13日，公开日为2017年05月24日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2019年04月19日发出驳回决定，以权利要求1-11不符合专利法第22条第3款规定的创造性为由驳回了本申请。驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件1：CN105374664A，公开日为2016年03月02日；
对比文件2：CN105742445A，公开日为2016年07月06日；
对比文件3：CN1737994A，公开日为2006年02月22日。
驳回理由具体为：权利要求1请求保护一种晶圆键合方法，对比文件1公开了一种InP薄膜复合衬底的制备方法。权利要求1相对于对比文件1的区别在于：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理，在键合开始时，使第一晶圆及第二晶圆的温度保持在各自进行键合前预加热处理的温度。基于上述区别权利要求1实际要解决的技术问题是减少热应变，防止在后续退火过程中碎裂。对比文件2公开了一种垂直LED芯片结构及其制备方法，对生长衬底、外延层和金属电极层进行退火，以增强金属电极层与外延层之间的粘附性，并降低或消除所述金属电极层与外延层的内应力；于退火后的金属电极层上形成键合衬底。本领域技术人员根据实际情形，对待键合衬底也进行预退火处理，本领域技术人员根据实际需要在键合开始时，使第一晶圆及第二晶圆的温度保持在各自进行键合前预加热处理的温度，这是本领域的惯用技术手段，属于公知常识。因此，权利要求1相对于对比文件1结合对比文件2和本领域的公知常识对于本领域技术人员来说是显而易见的，其不具备创造性。从属权利要求2-9直接或间接引用权利要求1，其附加技术特征或者被对比文件1，2或3公开，或者属于本领域的公知常识，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，其同样不具备创造性。权利要求10请求保护一种异质衬底制备的方法，包括权利要求1-9任一项所述的晶圆键合方法。对比文件1公开了一种InP薄膜异质衬底的制备方法，在权利要求1-9不具备创造性的基础上，权利要求10也不具备创造性。权利要求11引用权利要求10，其附加技术特征已经被对比文件1公开，其同样不具备创造性。
驳回决定所依据的文本为：2019年03月25日提交的权利要求第1-11项；申请日2017年02月13日提交的说明书第1-79段，说明书附图图1-4，说明书摘要和摘要附图。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种晶圆键合方法，其特征在于，所述方法至少包括：
S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；
S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；
S3：将所述第一键合面与所述第二键合面进行键合，键合开始时，所述第一晶圆及所述第二晶圆的温度保持在各自进行所述键合前预加热处理的温度。
2. 根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一晶圆的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石；所述第二晶圆的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石，且所述第二晶圆的材料与所述第一晶圆材料不同。
3. 根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S2中，所述键合前预加热处理的温度为50℃～500℃，所述键合前预加热处理的时间为10s～12h。
4. 根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S2中，所述键合前预加热处理在真空环境下或在空气、N2、O2、Ar、He、H2中至少一种气体形成的保护气氛下进行。
5. 根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，在步骤S3前还包括对所述第一键合面和/或所述第二键合面进行等离子体活化处理的过程。
6. 根据权利要求5所述的晶圆键合方法，其特征在于，在对所述第一键合面进行所述键合前预加热处理前对所述第一键合面进行等离子体活化处理或在对所述第一键合面进行所述键合前预加热处理后对所述第一键合面进行等离子体活化处理；在对所述第二键合面进行所述键合前预加热处理前对所述第二键合面进行等离子体活化处理或在对所述第二键合面进行所述键合前预加热处理后对所述第二键合面进行等离子体活化处理。
7. 根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S3中，所述键合方式为直接键合、阳极键合、金属键合、介质层键合中的任意一种。
8. 根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，还包括步骤S4：将步骤S3得到的结构进行退火，所述退火在真空环境下或N2、O2、Ar、He、H2、空气中至少一种气体形成 的保护气氛下进行，所述退火的温度为50℃～1300℃，所述退火的时间为10s～48h。
9. 根据权利要求8所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S4中，所述退火的温度为对所述第一晶圆与所述第二晶圆进行的所述键合前预加热处理的最低温度至1200℃。
10. 一种异质衬底制备的方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：如权利要求1～9中任一项所述的晶圆键合方法所包含的步骤，还包括；
所述键合前预加热处理前，于所述第一键合面或所述第二键合面进行离子注入，以在所述第一晶圆或所述第二晶圆的预设深度处形成缺陷层；
将经过所述晶圆键合方法得到的具有所述缺陷层的结构进行第一次退火处理，以沿所述缺陷层剥离部分所述晶圆。
11. 如权利要求10所述的异质衬底制备的方法，其特征在于，还包括将所述第一次退火处理得到的结构进行第二次退火处理，其中，所述第二次退火处理的温度大于所述第一次退火处理的温度。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年06月11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2和本申请两者解决的技术问题不同，对比文件2解决了键合前形成在一起的生长衬底、外延层和金属电极层结构的粘附性和内应力的问题，退火的对象是金属键合层。而本申请分别对待键合的两片晶圆进行升温后键合，并在键合时保持升温后的温度，解决的是键合之后键合结构在后续的退火等工艺中内应力问题，与对比文件2不同，其也并非本领域的惯用技术手段。对比文件2中，在键合之前，待键合的生长衬底上的金属层具有内应力，而本申请在键合之前待键合晶圆本身并没有应力，不用去降低应力。复审请求人同意驳回决定中关于“且通过对待键合面进行预热升温以消除键合过程中的热应力，这是本领域的公知常识”的论述，但是复审请求人不认可驳回决定中指出的因为对比文件2中提到“键合时，高温高压下的材料热应力失配会产生很大的应力”就认为“本领域技术人员将键合前消除应力的技术用于键合过程中，这是很容易想到的”这一观点。复审请求人指出驳回决定中提到的多篇专利均没有公开在键合之前进行预热。事实上，热处理技术就是针对热应力最好的解决方案，但不能因为已经应用某种热处理技术降低热应力的技术方案就否决其他热处理技术降低热应力的创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年06月19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：对比文件2公开了应力不匹配来源于沉积金属带来的热应力以及键合时高温高压下材料热应力失配（参见说明书第4段），以及通过键合前退火消除键合前和键合后的应力（参见说明书第21段）。即对比文件2的退火作用与本申请预热的作用相同，都是用于消除应力失配。如果本申请选择金属键合也需要沉积金属，因此，本申请键合前晶圆也存在应力，需要进行应力消除。而且复审请求人认同在键合前通过加热消除键合过程中的热应力失配是本领域的公知常识。此外本申请键合过程中热应力失配也是材料本身性质带来的。本申请在键合前使晶圆到达预热温度，即在键合前加热消除材料本身的热应力。对比文件2虽然直接公开的是消除沉积金属带来的应力，但是其必然也能够消除材料本身的热应力。并提供了两份证据“（印）普拉萨德著，复杂的引线键合互连工艺[M]，2015；吕乃康、樊百昌编著，厚膜混合集成电路[M]”证明键合前需要预热的步骤是本领域的公知常识。此外还进一步指出，经过加热后的晶圆，能够消除晶格缺陷，降低热应变，与是否降温无关。对两个键合结构都进行预热，且保持到键合开始的温度，是本领域的常规选择。并且对比文件3也公开了键合前对两个待键合衬底进行退火且将预退火温度维持到键合处理前（如图3所示），其必然也能够解决与本申请相同的技术问题，取得相同的技术效果。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。
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
复审请求人于复审阶段没有对申请文件进行修改，本复审决定针对的审查文本与驳回决定针对的审查文本相同，即：2019年03月25日提交的权利要求第1-11项；申请日2017年02月13日提交的说明书第1-79段，说明书附图图1-4，说明书摘要和摘要附图。
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相对于作为最接近的现有技术的对比文件存在区别技术特征，而该区别技术特征没有被其他对比文件公开，也不属于本领域的公知常识，即现有技术中没有给出将上述区别技术特征应用到该作为最接近的现有技术的对比文件以解决其存在的技术问题的启示，且该区别技术特征使得该权利要求的技术方案具有有益的技术效果，则该权利要求相对于上述对比文件和公知常识具有创造性。
本复审决定继续引用驳回决定中引用的对比文件1-3作为现有技术。
对比文件1：CN105374664A，公开日为2016年03月02日；
对比文件2：CN105742445A，公开日为2016年07月06日；
对比文件3：CN1737994A，公开日为2006年02月22日。
2.1、权利要求1具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求1请求保护一种晶圆键合方法，对比文件1是最接近的现有技术，其公开了一种InP薄膜复合衬底的制备方法，涉及一种晶圆键合方法，并具体公开了（参见说明书第6-59段，图1-4）：提供InP衬底（相当于第一晶圆），且InP衬底具有注入面（相当于第一键合面）；提供异质支撑衬底（相当于第二晶圆），将InP衬底与异质支撑衬底进行键合（相当于第二晶圆具有第二键合面）；将所述注入面与所述支撑衬底键合。
权利要求1相对于对比文件1的区别技术特征为：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理，在键合开始时，使第一晶圆及第二晶圆的温度保持在各自进行键合前预加热处理的温度。针对上述区别可以确定权利要求1实际所要解决的技术问题是如何降低键合后的异质晶圆结构在后续退火中的热应变，进而解决应热应变而发生的解键合和键合结构的碎裂。
对比文件2公开了一种垂直LED芯片结构及其制备方法（参见说明书第4-60段，图1-4），包括：提供生长衬底101，在其上依次形成外延层和金属电极层106，对上述生长衬底、外延层和金属电极层进行退火处理，以增强金属电极层106与外延层之间的粘附性，并降低或消除该金属电极层与外延层的内应力，于退火后的金属电极层106上形成键合衬底107，该键合衬底为导电衬底，其材质可以为Si、Cu或MoCu等导电且散热良好的衬底。退火设备应具备抽真空、快速加热、快速降温等功能。通过在形成金属电极层步骤之后，形成键合衬底107步骤之前增加一热退火步骤，一方面可以增加金属键合层的粘附力，另一方面能有效消除金属沉积时的层间应力，有效降低键合前晶圆的内应力，进一步有效降低键合后晶圆内应力。
合议组认为：对比文件2没有公开对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前均进行预加热处理，以及在键合开始时，使第一晶圆及第二晶圆的温度保持在各自进行键合前预加热处理的温度。而且，对比文件2中公开的退火处理的目的是为了增加金属键合层的粘附力以及消除金属沉积时的层间应力，而本申请中的上述区别技术特征解决的技术问题是如何降低键合后的异质晶圆结构在后续退火中的热应变，进而解决应热应变而发生的解键合和键合结构的碎裂。两者解决的技术问题不同。虽然，对比文件2中也提及退火处理可以降低键合后晶圆内应力。但是，这里的晶圆内应力指的还是生长衬底、外延层和金属电极层组成的晶圆结构的内应力。对比文件2中的键合衬底为导电衬底，其材质可以为Si、Cu或MoCu等导电且散热良好的衬底。可见其也不能相当于本申请中的第二晶圆。对比文件2的技术方案并没有关注在键合后的退火过程中，第一和第二异质晶圆之间由于材质不同而产生的热应力问题，及由其导致的解键合问题。因此，本领域技术人员在对比文件2公开的内容的基础上也不能得到对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前均进行预加热处理，以及在键合开始时，使第一晶圆及第二晶圆的温度保持在各自进行键合前预加热处理的温度的技术启示。
另外，对比文件2中的退火处理是针对生长衬底上的外延层和金属电极层之间的层间应力问题，而对比文件1中的InP衬底（相当于第一晶圆）属于单一材料的晶圆结构，其并不具有如对比文件2中的层叠结构的晶圆结构，因此，本领域技术人员也没有动机将对比文件2中用于消除层叠结构内应力的退火处理应用于对比文件1中的单一材质的InP衬底，两者之间不存在结合启示。
而且，对于本领域技术人员来说，在完整的热退火处理（包括一步退火或分步退火）之后，将晶圆降温后再进行后续的工艺，是本领域的惯用技术手段。如对比文件2中公开了“退火设备应具备抽真空、快速加热、快速降温等功能”。上述区别技术特征中在对第一和第二晶圆进行预加热处理后，还要继续使其保持在各自进行键合前预加热处理的温度，进而使键合后的热处理的温度是在该预加热温度的基础上进行的，可以降低后续退火过程中的应变产生（例如，相对于直接从常温的键合结构开始升温退火处理）。这并非本领域的惯用手段，不属于公知常识。
同时，上述区别技术特征的实施对权利要求1的技术方案具备有益的技术效果，可以降低键合后的异质晶圆结构在后续退火中的热应变，进而解决应热应变而发生的解键合和键合结构的碎裂。
因此，权利要求1相对于对比文件1结合对比文件2和本领域的公知常识，对于本领域技术人员来说是非显而易见的，其具备突出的实质性特点和显著的进步，具备创造性。
此外，对比文件3公开了一种将层膜从第一晶片转移到第二晶片的方法（参见说明书第1页第11行-第10页第30行，图1-5），包括：使两个晶片的表面相接触，在高于环境温度的第一温度下提供热能，持续第一时间，提供额外热能使温度升高至第一温度之上，从而在弱化区处从第一晶片分离待转移层膜。还公开了：通过下述的原子种类注入在施主晶片中形成弱化区之后，借助于热处理来连续地、同时地或者以重叠的方式进行键合两个晶片和分离薄层的步骤（参见说明书第4页第9-11行）；在使两个晶片以分子键合相接触之后，第二步骤包括将热能提供给附着在一起的两个晶片以提高键合力和质量，该第一次提供热能因此被称为预退火（参见说明书第6页第6-10行）。参见图3所示的退火过程及其相关说明书文字记载的内容可知，对比文件3中预退火以及之后的进一步退火过程是一个连续的退火过程，其均是发生在两晶片表面接触之后的键合过程中。虽然对比文件3的发明名称为“在键合两个晶片之前的热处理”，但是，根据以上对比文件3说明书中公开的具体内容可以确定，对比文件3中的预退火处理与本申请文件中的预加热处理实施的时间实质上是不同的，前者是发生在晶片接触之后的键合过程中，而后者是发生在晶片被键合之前。综上，对比文件3同样没有公开上述区别技术特征。
因此，权利要求1相对于对比文件1、对比文件2、对比文件3和本领域的公知常识的组合，对于本领域技术人员来说仍然是非显而易见的，其具备突出的实质性特点和显著的进步，具备创造性。
2.2、权利要求2-9具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求2-9直接或间接引用之前的权利要求1，在权利要求1具备创造性的基础上，其同样具备创造性。
2.3、权利要求10-11具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求10请求保护一种异质衬底制备的方法，包括权利要求1-9任一项所述的晶圆键合方法。权利要求11引用权利要求10，在权利要求1-9具备创造性的基础上，权利要求10-11同样具备创造性。
对驳回决定和前置审查相关意见的评述
针对驳回决定以及前置审查相关意见，合议组认为：对比文件2中公开的退火处理与本申请的预加热处理所解决的技术问题不同，对比文件2的技术方案并没有关注在键合后的退火过程中，第一和第二异质晶圆之间由于材质不同而产生的热应力问题。因此，本领域技术人员在对比文件2的基础上也不会想到对第一和第二异质晶圆均进行键合前的预加热处理，更不会想到维持该预加热的温度直至键合过程。另外，对比文件2中的退火处理是针对生长衬底上的外延层和金属电极层之间的层间应力问题，而对比文件1中的InP衬底（相当于第一晶圆）属于单一材料的晶圆结构，其并不具有如对比文件2中的层叠结构的晶圆结构，因此，本领域技术人员也没有动机将对比文件2中用于消除层叠结构内应力的退火处理应用于对比文件1中的单一材质的InP衬底，两者之间不存在结合启示。本领域技术人员知晓热退火处理（包括一步退火或分步退火）之后，将晶圆降温后再进行后续的工艺，是本领域的惯用技术手段。而如本申请的技术方案中将两个晶圆在预加热处理后还要保持其预加热的温度直至后续的键合工艺，这并非本领域技术人员惯用的技术手段，该处理方式也与其解决的技术问题相对应，即在键合时在预加热的温度基础上再升温进行加热比直接常温加热更有利于改善异质晶圆之间的热应力产生问题。前置意见中列举的两份公知常识证据文件中也没有公开将两片晶圆在键合前进行预加热处理，以及在键合开始时，使两片晶圆的温度保持在各自进行键合前预加热处理的温度的内容。最后，对比文件3同样也没有公开键合前预加热两晶圆（具体意见参见前述意见2.1）。综上，驳回决定以及前置审查相关意见缺乏说服力，合议组不予接受。
基于以上事实和理由，合议组依法作出如下决定。至于本申请是否存在其他不符合专利法及其实施细则之处，有待原审查部门进一步进行审查。
三、决定
撤销国家知识产权局于2019年04月19日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在2019年03月25日提交的权利要求第1-11项；申请日2017年02月13日提交的说明书第1-79段，说明书附图图1-4，说明书摘要和摘要附图的基础上对本发明专利申请继续进行审查。
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决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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