发明创造名称：等离子体刻蚀方法
外观设计名称：
决定号：192241
决定日：2019-10-11
委内编号：1F271425
优先权日：
申请（专利）号：201310630208.7
申请日：2013-11-29
复审请求人：中微半导体设备（上海）股份有限公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：熊洁
合议组组长：孙学锋
参审员：刘利芳
国际分类号：H01L21/02
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：在判断一项权利要求所要求保护的技术方案是否具备创造性时，首先应当确定与该权利要求所要求保护的技术方案最接近的现有技术，然后将该权利要求所要求保护的技术方案与最接近的现有技术进行技术特征对比分析，找出二者的区别技术特征，并根据该区别技术特征所能达到的技术效果确定发明实际所要解决的技术问题，如果一部分该区别技术特征在其他对比文件中均未公开，也不是本领域的公知常识，且该区别技术特征还具有有益的技术效果，则该权利要求具备创造性。
全文：
本复审请求涉及发明名称为“等离子体刻蚀方法”的第201310630208.7号发明专利申请（下称本申请），申请人为中微半导体设备（上海）股份有限公司，申请日为2013年11月29日，公开日为2015年06月03日。
2018年09月05日，国家知识产权局原审查部门针对申请人于申请日2013年11月29日提交的说明书摘要、说明书第1-52段、摘要附图、说明书附图及于2018年05月07日提交的权利要求第1-10项驳回了本申请。
驳回决定所引用的对比文件如下：
对比文件1：CN102737984A，公开日为2012年10月17日。
驳回决定中认为：
（1）独立权利要求1相对于对比文件1和公知常识的结合不具创造性；（2）从属权利要求5、6的附加技术特征为本领域的常规选择；从属权利要求8的附加技术特征为本领域的公知常识；从属权利要求9的附加技术特征被对比文件1公开；在其引用的独立权利要求不具备创造性的前提下，从属权利要求5、6、8、9也不具备创造性；（3）在驳回决定的其他说明部分，指出：从属权利要求2、4、7、10的附加技术特征被对比文件1公开，从属权利要求3的附加技术特征为本领域的常规选择。在其引用的独立权利要求不具备创造性的前提下，从属权利要求2、3、4、7、10也不具备创造性。
驳回决定针对的权利要求的内容如下：
“1. 一种等离子体刻蚀方法，包括步骤：
提供半导体基底，所述半导体基底包括图形化的待刻蚀结构,所述等离子体刻蚀的材料为硅材料；
执行多次制程循环步骤，所述制程循环步骤包括：有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤，其中所述制程循环步骤的单次执行时间为1～20s。
2. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤执行时间比为1:10～10:1。
3. 根据权利要求2所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤执行时间比为1:1。
4. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述有偏置功率的刻蚀步骤中，偏置功率为10～150W。
5. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程循环步骤的执行次数≥10。
6. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述半导体基底上图形化的待刻蚀结构特征尺寸＞1μm，刻蚀深度＞1μm。
7. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程循环步骤执行过程中，等离子体刻蚀的腔体压力为100～300mTorr。
8. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程循环步骤执行过程中，刻蚀气体包括SF6和碳氟化合物气体。
9. 根据权利要求8所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述碳氟化合物气体为CF4或C4F8或二者的混合气体。
10. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程循环步骤执行过程中，等离子体刻蚀的源功率为800～4000W。”
2019年01月17日，申请人（下称请求人）对上述驳回决定不服，向国家知识产权局提出复审请求，请求人在提出复审请求时对权利要求书进行了修改，修改如下：在权利要求1中加入了“在刻蚀过程中，所述有偏置功率刻蚀步骤执行时间和功率参数与所述刻蚀结构底部粗糙度和侧壁垂直角度成正比；所述没有偏置功率刻蚀步骤执行时间与顶部侧壁突出倒悬的控制程度成正比；所述制程循环步骤的次数与具有单一线性沟槽侧壁的控制程度成正比”；增加了权利要求7；相应调整权利要求的序号和引用关系。
修改后的权利要求1、7如下：
“1、一种等离子体刻蚀方法，包括步骤：
提供半导体基底，所述半导体基底包括图形化的待刻蚀结构, 所述等离子体刻蚀的材料为硅材料；
执行多次制程循环步骤，所述制程循环步骤包括：有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行，其中所述制程循环步骤的单次执行时间为1~20s；在刻蚀过程中，所述有偏置功率刻蚀步骤执行时间和功率参数与所述刻蚀结构底部粗糙度和侧壁垂直角度成正比；所述没有偏置功率刻蚀步骤执行时间与顶部侧壁突出倒悬的控制程度成正比；所述制程循环步骤的次数与具有单一线性沟槽侧壁的控制程度成正比。
7、根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤执行过程中，所述等离子体刻蚀的腔体中加有压力。”
请求人认为：（1）权利要求1和权利要求7修改的内容均可以从本申请说明书[0048]-[0051]段毫无疑义地得出，因此权利要求1、7的修改没有超出原始公开的范围；（2）修改后的权利要求1相对于对比文件1和公知常识的结合具备创造性，从属权利要求也具备创造性。
经形式审查合格后，国家知识产权局受理了该请求，并于2019年 01月24日向请求人发出了复审请求受理通知书，同时将本申请转送至国家知识产权局原审查部门进行前置审查。
在前置审查意见书中，国家知识产权局原审查部门认为：对比文件1中在偏置功率为零的情况下刻蚀条件依然存在，即刻蚀气体以及功率源依然工作，若偏置为零时刻蚀无法产生的话，那么本申请中在无偏置功率时等离子刻蚀也同样无法进行。对于执行时间上的陈述，这一时间选择是常规选择，对比文件1中记载了偏置频率小于50kHz，从公开的范围来看，0-50kHZ均是对比文件1的技术方案所囊括的，而本领域技术人员在需要一个厚度进行刻蚀时，会从这一已知范围内进行选择，而在这一已知范围内的选择。通过对比文件1的技术方案都可以保证刻蚀后的槽不会变形以及获得更好的刻蚀效果。申请人认为等离子体刻蚀的目标层为硅，说明书记载了等离子刻蚀是对硅材料，硅和二氧化硅介质均是常规的硅材料，而两者等离子刻蚀的气体都可以是碳氟气体，基于上述原因，请求人主张的理由均不成立，坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局组成合议组，对本复审请求进行审理，并于2019年05月31日向请求人发出复审通知书，指出：
（1）权利要求1的修改超出了原说明书和权利要求书公开的范围，权利要求1不符合专利法第33条的规定；（2）即使复审请求人克服了权利要求1修改超范围的缺陷，将说明书[0048]-[0051]段的相关内容进行总结和提炼然后加入到权利要求1中，修改后的权利要求1的相应技术方案仍然不具备创造性。
针对上述复审通知书，请求人于2019年07月15日提交了意见陈述书，提交了权利要求书的全文修改替换页（包括权利要求1-10），其中删除了复审请求时提交的权利要求7，并对权利要求1进行了修改。修改后的权利要求书的内容如下：
“1. 一种等离子体刻蚀方法，包括步骤：
提供半导体基底，所述半导体基底包括图形化的待刻蚀结构,所述等离子体刻蚀的材料为硅材料；
执行多次制程循环步骤，所述制程循环步骤包括：有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行，其中所述制程循环步骤的单次执行时间为1～20s，在刻蚀过程中，通过所述有偏置功率刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行的执行时间控制所述刻蚀结构底部粗糙度和顶部侧壁突出倒悬，通过腔体压力和所述有偏置功率刻蚀步骤的偏置功率大小控制侧壁垂直角度。
2. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤执行时间比为1:10～10:1。
3. 根据权利要求2所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤执行时间比为1:1。
4. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述有偏置功率的刻蚀步骤中，偏置功率为10～150W。
5. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程循环步骤的执行次数≥10。
6. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述半导体基底上图形化的待刻蚀结构特征尺寸＞1μm，刻蚀深度＞1μm。
7. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程循环步骤执行过程中，等离子体刻蚀的腔体压力为100～300mTorr。
8. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程 循环步骤执行过程中，刻蚀气体包括SF6和碳氟化合物气体。
9. 根据权利要求8所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述碳氟化合物气体为CF4或C4F8或二者的混合气体。
10. 根据权利要求1所述的等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述制程循环步骤执行过程中，等离子体刻蚀的源功率为800～4000W。”
复审请求人在意见陈述书认为：（a）修改后的权利要求1相对于对比文件1具有以下区别技术特征：（1）对比文件1的等离子体刻蚀的目标层为介质层（例如氧化硅和氮化钛等），而本申请等离子体刻蚀的目标层为硅材料；（2）权利要求1包括的两个交替执行的步骤均是刻蚀步骤（有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤），本申请实际是有偏置功率的刻蚀步骤和无偏置功率的刻蚀步骤交替进行，是对non-Bosch工艺的改进，而对比文件1实际是刻蚀步骤和聚合物形成步骤交替进行，即类似于本申请背景技术中所描述的Bosch工艺；（3）权利要求1包括“所述制程循环步骤的单次执行时间为1~20s”的特征，对比文件1没有该特征；（4）权利要求1包括“在刻蚀过程中，通过所述有偏置功率刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行的执行时间控制所述刻蚀结构底部粗糙度和顶部侧壁突出倒悬，通过腔体压力和所述有偏置功率刻蚀步骤的偏置功率大小控制侧壁垂直角度”的特征，对比文件1中没有该特征；（b）对比文件1刻蚀的目标层与本申请不同，脉冲式偏置功率源的设置作用与本申请也完全不同，在此基础上，本领域技术人员不会对偏置功率的打开、关闭时间进行选择进而得到本申请修改后的权利要求1。
至此，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
（一）审查文本的认定
请求人在2019年07月15日答复复审通知书时，提交了权利要求书的全文替换页（共包括10项权利要求）。经审查，上述修改符合专利法实施细则第61条第1款的规定。因此本复审决定依据的文本为：复审请求人于申请日2013年11月29日提交的说明书摘要、说明书第1-52段、摘要附图、说明书附图；2019年07月15日提交的权利要求第1-10项。
（二） 具体理由的阐述
1.关于专利法第33条
专利法第33条规定：申请人可以对其专利申请文件进行修改，但是，对发明和实用新型专利申请文件的修改不得超过原说明书和权利要求书记载的范围。
如果修改后的内容能够从原始申请文件中直接地、毫无疑义的确定，则该修改符合专利法第33条的规定。
修改后的权利要求1中记载了“有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行”。本申请原始提交的说明书第0049段：有偏置功率的等离子刻蚀步骤S21和没有偏置功率的等离子体刻蚀步骤S22的交替进行。因此，权利要求1中的上述特征能够从说明书中记载的上述内容直接地、毫无疑义的确定；
修改后的权利要求1中还记载了特征“在刻蚀过程中，通过所述有偏置功率刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行的执行时间控制所述刻蚀结构底部粗糙度和顶部侧壁突出倒悬，通过腔体压力和所述有偏置功率刻蚀步骤的偏置功率大小控制侧壁垂直角度”。
本申请原始提交的说明书第0050段记载了以下内容：采用有偏置功率的刻蚀 步骤S21和没有偏置功率的刻蚀步骤S22交替进行，通过对上述两刻蚀 步骤执行时间及偏置功率大小的调整，在等离子体刻蚀结构500底部520 粗糙度、侧壁510顶部粗糙度、侧壁510角度α及顶部侧壁510突出倒 悬等问题之间取得平衡，在降低刻蚀结构底部520/侧壁510顶部粗糙度、消除顶部侧壁510突出倒悬问题的同时，通过等离子体刻蚀过程中腔体压力及偏置功率大小的调整实现对刻蚀结构侧壁510角度α的控制，从而根据刻蚀结构要求，得到侧壁角度可控、侧壁及底部表面粗糙度较小 的高质量等离子体刻蚀结构。因此，权利要求1中的上述特征能够从说明书中记载的上述内容直接地、毫无疑义的确定。
因此，修改后的权利要求1符合专利法第33条的规定。
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。
在判断一项权利要求所要求保护的技术方案是否具备创造性时，首先应当确定与该权利要求所要求保护的技术方案最接近的现有技术，然后将该权利要求所要求保护的技术方案与最接近的现有技术进行技术特征对比分析，找出二者的区别技术特征，并根据该区别技术特征所能达到的技术效果确定发明实际所要解决的技术问题，如果一部分该区别技术特征在其他对比文件中均未公开，且该区别技术特征还具有有益的技术效果，则该权利要求具备创造性。
本决定在评述权利要求创造性时所使用的对比文件与驳回决定以及复审通知书中使用的对比文件相同，即：
对比文件1：CN102737984A，公开日为2012年10月17日。
2.1.权利要求1
权利要求1请求保护一种等离子体刻蚀方法，对比文件1公开了一种半导体结构的形成方法，并且具体公开了以下技术特征(参见权利要求1，说明书第56、64段,附图9)：提供基底，基底包括硅衬底等，在基底上形成介质层，在所述介质层上形成第一掩膜层，第一掩膜层具有暴露介质表面的开口（相当于图形化）。开始进行等离子体刻蚀时，当射频功率打开，偏置功率源也同时打开，进行刻蚀步骤，射频功率电离刻蚀气体，激发形成等离子体，刻蚀部分所述介质层202，形成刻蚀凹槽206；当射频功率源保持打开，而偏置功率关闭时，进行聚合物形成步骤，在第一掩膜层203的表面形成聚合物204，所述聚合物204在下一刻蚀周期沿刻蚀凹槽206刻蚀介质层202时保护第一掩模层203不会受到损害或被损害的速率减小，从而提高介质层202相对于第一掩模层203的刻蚀选择比。
驳回决定中认为：“有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行”已经被对比文件1公开了。对此合议组认为：对比文件1中实际上是刻蚀步骤和聚合物形成步骤交替进行，当偏置功率开启时，是进行刻蚀步骤，当偏置功率关闭时，是进行聚合物形成步骤，而并没有进行刻蚀，因此对比文件1实际上并没有公开权利要求1中的“有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行”。
因此，权利要求1所保护的技术方案与对比文件1的区别在于：（1）等离子体刻蚀材料为硅材料；（2）有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行，其中制程循环步骤的单次执行时间为1-20s；（3）在刻蚀过程中，通过所述有偏置功率刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行的执行时间控制所述刻蚀结构底部粗糙度和顶部侧壁突出倒悬，通过腔体压力和所述有偏置功率刻蚀步骤的偏置功率大小控制侧壁垂直角度。
根据上述区别技术特征，确定权利要求1保护的技术方案实际解决的技术问题是：（1）选择适当的等离子体刻蚀材料；（2）如何降低刻蚀结构底部的粗糙度，和顶部侧壁突出倒悬，以及如何控制侧壁垂直角度。
对于上述区别技术特征（1），硅是半导体领域最常见的等离子体蚀刻材料之一，属于本领域的公知常识；
对于上述区别技术特征（2）、（3），在半导体领域，虽然单独进行有偏置功率或者没有偏置功率的蚀刻是本领域常见的技术手段，但是，为了降低刻蚀结构底部的粗糙度，和顶部侧壁突出倒悬，以及控制侧壁垂直角度的目的，本申请采用的“进行有偏置功率的刻蚀和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行，以及制程循环步骤的单次执行时间为1-20s”技术手段并非本领域的公知常识，“有偏置功率刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤交替进行的执行时间控制所述刻蚀结构底部粗糙度和顶部侧壁突出倒悬，通过腔体压力和所述有偏置功率刻蚀步骤的偏置功率大小控制侧壁垂直角度”的技术手段也并非本领域的公知常识。
且上述区别技术特征（2）、（3）具有以下有益的技术效果：通过刻蚀步骤执行时间及偏置功率大小的调整，在等离子体刻蚀结构500底部520粗糙度、侧壁510顶部粗糙度、侧壁510角度α及顶部侧壁510突出倒悬问题之间取得平衡，在降低刻蚀结构底部520/侧壁510顶部粗糙度、消除顶部侧壁510突出倒悬问题的同时，通过等离子体刻蚀过程中腔体压力及偏置功率大小的调整实现对刻蚀结构侧壁510角度α的控制，从而根据刻蚀结构要求，得到侧壁角度可控、侧壁及底部表面粗糙度较小的高质量等离子体刻蚀结构。
因此，权利要求1相对于对比文件1和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款的规定。
2.2.关于权利要求2-10
权利要求2-10是独立权利要求1的从属权利要求，在独立权利要求1相对于对比文件1和公知常识具备创造性的前提下，从属权利要求2-10相对于对比文件1和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。
（三）关于前置意见
对于前置意见，合议组认为：（1）对比文件1公开的是“当射频功率源保持打开，而偏置功率关闭时，进行聚合物形成步骤，在第一掩膜层203的表面形成聚合物204，所述聚合物204在下一刻蚀周期沿刻蚀凹槽206刻蚀介质层202时保护第一掩模层203不会受到损害或被损害的速率减小，从而提高介质层202相对于第一掩模层203的刻蚀选择比”（参见对比文件1的说明书第0065段）。根据对比文件1的记载，在偏置功率为零的情况下是进行聚合物形成步骤，对比文件1中并未公开“在偏置功率为零的情况下刻蚀条件依然存在，即刻蚀气体以及功率源依然工作”，也无法由对比文件1直接地、毫无疑义地导出。本申请权利要求1包括的两个交替执行的步骤均是刻蚀步骤（有偏置功率的刻蚀步骤和没有偏置功率的刻蚀步骤）；而对比文件1实际是刻蚀步骤和聚合物形成步骤交替进行，即类似于本申请背景技术中所描述的Bosch工艺；而本申请实际是有偏置功率的刻蚀步骤和无偏置功率的刻蚀步骤交替进行，是对non-Bosch工艺的改进。对比文件1是在刻蚀介质层时，采用等离子体刻蚀步骤和聚合物形成步骤交替进行，而本申请是在刻蚀硅材料时采用有偏置功率的刻蚀步骤和无偏置功率的刻蚀步骤交替进行的等离子体刻蚀工艺。两者所采用的技术手段其实并不相同。虽然对比文件1也设置偏置功率为开-关-开-关，但其作用与本申请并不相同，特别是本申请两个分步骤均是刻蚀步骤，并不存在对比文件1中的聚合物（钝化层）的形成步骤。具体来说，对比文件1在开始时，即当射频功率源打开，电离刻蚀气体，形成等离子体，偏置功率源滞后射频功率源一段时间打开，即此时偏置功率源关闭，进行聚合物形成步骤，在第一掩膜层303 表面形成聚合物；射频功率源保持打开，接着偏置功率源打开，进行刻蚀步骤，沿开口305 刻蚀所述介质层302，形成刻蚀凹槽306（参见对比文件[0083]段）。由此可知，对比文件1中设置偏置功率源以脉冲的方式输出偏置功率作用是：在第一掩膜层的表面形成聚合物。而本申请中，采用有偏置功率的刻蚀步骤S21和没有偏置功率的刻蚀步骤S22交替进行，通过对上述两刻蚀步骤执行时间及偏置功率大小的调整，在等离子体刻蚀结构500底部520粗糙度、侧壁510顶部粗糙度、侧壁510角度α及顶部侧壁510突出倒悬等问题之间取得平衡，在降低刻蚀结构底部520/侧壁510顶部粗糙度、消除顶部侧壁510突出倒悬问题的同时，通过等离子体刻蚀过程中偏置功率大小的调整实现对刻蚀结构侧壁510角度α的控制，从而根据刻蚀结构要求，得到侧壁角度可控、侧壁及底部表面粗糙度较小的高质量等离子体刻蚀结构。此外，如前所述，本申请实际上并不需要在硅材料上覆盖硬掩膜层，因此“有偏置功率的刻蚀步骤和无偏置功率的刻蚀步骤交替”所起的作用显然和对比文件1中“以脉冲的方式输出偏置功率”来“提高介质层相对于掩膜层的刻蚀选择比”的作用是不相同的。由此可见，对比文件1和本申请所要解决的技术问题不同，对比文件1中设置脉冲式偏置功率源的作用与本申请的作用完全不同，在此基础上，本领域技术人员在面对本申请欲解决的技术问题时，不可能想到采用对比文件1中的技术方案。
（2）制程循环步骤的单次执行时间并非根据不同厚度而做的常规选择，而是能够产生在等离子体刻蚀结构500底部520粗糙度、侧壁510顶部粗糙度、侧壁510角度α及顶部侧壁510突出倒悬等问题之间取得平衡这一有益效果。并且，为了控制刻蚀深孔的侧壁倾斜角度，每个刻蚀步骤都需要秒量级的时间，而对比文件1中脉冲输出频率为KHZ级别，切换时间非常迅速，并不能有效控制刻蚀深孔的侧壁形貌。对比文件1与本申请的循环步骤单次执行时间存在数量级的差距，两者所要解决的技术问题不同起到的技术效果也不同，本领域技术人员在面对对比文件1时没有动机对循环步骤单次执行时间进行上述数量级的改变。
因此，前置意见的理由不成立。
根据上述事实和理由, 本案合议组依法作出如下决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年09月05日对第201310630208.7号发明专利申请作出的驳回决定。
由国家知识产权局原审查部门以申请日提交的说明书摘要、说明书第1-52段、摘要附图、说明书附图及2019年07月15日提交的权利要求第1-10项为基础，继续审查程序。
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，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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