发明创造名称：一种半导体器件的制备方法
外观设计名称：
决定号：199006
决定日：2019-11-08
委内编号：1F285481
优先权日：
申请（专利）号：201410217871.9
申请日：2014-05-21
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：赵致民
合议组组长：梁素平
参审员：颜庙青
国际分类号：H01L21/8238
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，该区别技术特征既未被其他对比文件公开，也不能从中获得技术启示，对本领域技术人员来说也不属于公知常识，且该区别技术特征给该项权利要求请求保护的技术方案带来了有益的技术效果，则该项权利要求具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201410217871.9，发明名称为“一种半导体器件的制备方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为中芯国际集成电路制造（上海）有限公司，申请日为2014年05月21日，公开日为2015年11月25日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2019年03月05日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-3不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为：申请日2014年05月21日提交的说明书第1-9页、说明书附图第1-4页、说明书摘要和摘要附图，2018年12月13日提交的权利要求第1-8项。驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 一种半导体器件的制备方法，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有NMOS区域和PMOS区域，在所述NMOS区域和所述PMOS区域上分别形成有NMOS栅极结构和PMOS栅极结构；
在所述NMOS栅极结构和PMOS栅极结构两侧执行离子注入；
在所述PMOS栅极结构两侧的所述半导体衬底中形成凹槽，在所述凹槽中外延生长应力层和第二半导体材料层；
对所述半导体衬底的表面进行预清洗处理，以去除所述离子注入步骤中形成的无定型物质，同时去除所述第二半导体材料层；
在所述NMOS栅极结构两侧的半导体衬底上和所述PMOS栅极结构两侧的所述应力层上外延生长所述第一半导体材料层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应力层为SiGe层，所述第一半导体材料层为Si层，所述第二半导体材料层为Si。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法在形成第一半导体材料层之后，还包括对所述第一半导体材料层进一步处理以形成NiSi的步骤。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一半导体材料层的高度大于所述半导体衬底的高度，以形成抬升的第一半导体材料层。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选用HCl气体对所述半导体衬底的表面进行预清洗处理，以去除所述无定型物质。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一半导体材料层的外延温度为500-800℃，压力为1-100乇。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，外延生长所述第一半导体材料层的反应气体为SiH4或SiH2Cl2、HCl、B2H6混合气体，其中所述SiH4或SiH2Cl2、B2H6、HCl的气体流量为1sccm-1000sccm。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，选用H2作为反应载气，所述H2的气体流量为0.1slm-50slm。”
驳回决定引用了以下对比文件：
对比文件1：US2006003533A1，公开日为2006年01月05日；
对比文件2：CN103745956A，公开日为2014年04月23日。
驳回决定指出：权利要求1与对比文件1的区别技术特征为：通过预清洗处理以去除在所述离子注入步骤中在所述半导体衬底表面形成的无定形物质；本申请形成的是PMOS区域和NMOS区域以及在PMOS外延生长应力层上形成有第二半导体材料层。上述区别技术特征部分被对比文件2公开且作用相同，其余部分属于本领域的公知常识。从属权利要求2-3的附加技术特征属于本领域的常规选择，因此权利要求1-3不具备专利法第22条第3款规定的创造性。在驳回决定的其他说明部分评述了权利要求4的附加技术特征被对比文件1公开，权利要求5-8的附加技术特征属于本领域的常规选择，因此权利要求4-8也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对申请人的意见陈述，驳回决定认为：（1）对比文件1中已经公开了离子注入的过程，在离子注入的过程中存在对半导体材料的损伤，因此在外延的过程中就会存在这样的问题，即使在同时制备PMOS和NMOS该问题也存在，本领域技术人员就有动机去解决该技术问题；（2）对比文件2公开的是形成在凹槽内的外延层，采用清洗的方式去除无定型物质，NMOS区域和PMOS区域类似，二者均需要离子注入，均存在同样的问题，将其应用在NMOS器件中仅是常规的变化，并没有本质的区别；至于PMOS区域形成一层第二半导体材料层是为了保护的作用，显然在清洗NMOS区域的缺陷时并不能将PMOS外延区域清洗去除部分或者造成伤害，这是本领域技术人员在清洗的过程中必然需要面对的问题，因此第二半导体层也是有必要形成的，而同时去除的过程中简化了工艺；而无论形成在凹槽内还是形成在半导体衬底的表面，均是为了外延生长高质量的半导体材料层，对于本领域技术人员来说，将形成在凹槽内应用于平面上并不存在技术障碍，属于本领域的公知常识。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年06月05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）驳回决定对权利要求1与对比文件1的区别技术特征的认定存在错误，驳回决定没有将“在所述PMOS栅极结构两侧的所述半导体衬底中形成凹槽，在所述凹槽中外延生长应力层和第二半导体材料层”以及在NMOS区域和PMOS区域分别进行什么操作，以及操作的步骤顺序等内容列为区别技术特征。（2）虽然对比文件2中也涉及了PMOS和NMOS共同制造的问题，但其公开的是如何在PMOS的凹槽中形成高质量的嵌入式外延层的技术方案，其不涉及在NMOS区域如何形成外延层，即对比文件2也不涉及本申请的在PMOS区域进行应力设计时，由于NMOS区域在重离子注入过程中表面形态发生变化，在其表面不能外延生长Si层的问题，因此，对比文件2不涉及本申请所要解决的上述技术问题，因此也就没有对其进行改进以得到本申请所要求保护的技术方案的动机，所以对比文件2没有公开上述区别技术特征，也没有给出任何相关的教导和启示。（3）对比文件2没有公开“在PMOS凹槽中外延生长的应力层上外延形成第二半导体材料层；对所述半导体衬底的表面进行预清洗处理，以去除所述离子注入步骤中形成的无定型物质，同时去除所述第二半导体材料层；在所述NMOS栅极结构两侧的半导体衬底上和所述PMOS栅极结构两侧的所述应力层上外延生长所述第一半导体材料层”这一区别技术特征。对比文件2中没有公开在PMOS嵌入式应力层上外延形成第二半导体材料层，该第二半导体材料层可以保护上述应力层避免在后续的预清洗步骤中被蚀刻（参见本申请说明书第6页倒数第2段）。对比文件2中的清洗和蚀刻步骤都是在PMOS区域的嵌入式外延层形成之前进行的，其处理的对象是PMOS的凹槽，而本申请中预清洗步骤是在PMOS区域的嵌入式外延层形成之后进行的，且处理对象为半导体衬底的表面并同时去除之前在嵌入式外延层上形成的起保护作用的第二半导体材料层，可见两者处理对象，处理时机，处理目的均不相同，因此，对比文件2没有公开上述区别技术特征，也没有给出相关的技术启示。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年06月11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1公开了MOS器件的制作方法，其与本申请所要解决的技术问题相同，都是离子注入后外延层的生长问题，尽管对比文件1没有涉及PMOS和NMOS共同制造时的问题，但是本申请NMOS区域外延层的生长问题和PMOS区域没有直接的联系，对比文件1中的问题在NMOS、PMOS或NMOS与PMOS共同制造时都存在，对比文件2中公开了PMOS凹槽内离子注入形成非晶态物质然后通过刻蚀清洗的方式之后生长外延层，本领域技术人员将其应用在NMOS区域中也是易于想到的，至于其是否形成在凹槽内没有实质影响，都是离子注入带来的损伤问题；至于PMOS区域形成一层第二半导体材料层是为了保护的作用，显然在清洗NMOS区域的缺陷时并不能将PMOS外延区域清洗去除部分或者造成伤害，这是本领域技术人员在清洗的过程中必然需要面对的问题，因此第二半导体层也是有必要形成的，而同时去除的过程中简化了工艺。
（2）也可以只采用对比文件2来评述所有的权利要求不具备创造性，对比文件2涉及PMOS和NMOS的共同制造的问题，对比文件2公开了PMOS区域离子注入后半导体层变为无定型硅然后通过气体清洗的方式去除之后外延的技术方案，本领域技术人员将其应用在NMOS区域中是易于想到的，对于第二半导体材料层的清洗和同时去除是本领域技术人员易于想到的常规保护方式。
复审请求人于2019年09月05日提交了主动补正，同时提交了权利要求书的全文修改替换页，针对驳回决定所针对的权利要求书，将权利要求1中的特征“在所述NMOS栅极结构和PMOS栅极结构两侧执行离子注入”修改为“在所述NMOS栅极结构和PMOS栅极结构两侧执行源漏离子注入”。复审请求人认为：虽然对比文件2也公开了清洗的步骤，但是本申请和对比文件2中清洗的目的是不同的，在对比文件2中在源漏凹槽21表面形成非晶态（amorphous）多晶硅层22，清洗非晶态多晶硅层22的表面；利用第一气体原位（in-sit）腐蚀非晶态多晶硅层22，露出清洁的、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面，其中，上述多晶硅层22以及清洗和原位（in-sit）腐蚀均是有意实施的，目的是能够使得在SiGe沉积之前得到清洁的、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面，有利于形成低位错缺陷的嵌入式SiGe源漏结构。而在本申请中为了解决现有技术中所述NMOS区域由于源漏注入后表面不能生长Si层的问题，在PMOS区域形成所述Si层之后选用HCl对所述NMOS区域的源漏区表面进行预清洗处理，去除所述PMOS区域上的Si层的同时去除所述NMOS区域的表面，以去除在所述重离子注入时产生的无定型物质，在所述NMOS区域的源漏上形成沟槽，然后再次外延生长Si层，以在所述NMOS区域和所述PMOS区域的源漏上均形成外延的Si层，解决了本申请的技术问题。
2019年09月05日提交的权利要求1内容如下：
“1. 一种半导体器件的制备方法，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有NMOS区域和PMOS区域，在所述NMOS区域和所述PMOS区域上分别形成有NMOS栅极结构和PMOS栅极结构；
在所述NMOS栅极结构和PMOS栅极结构两侧执行源漏离子注入；
在所述PMOS栅极结构两侧的所述半导体衬底中形成凹槽，在所述凹槽中外延生长应力层和第二半导体材料层；
对所述半导体衬底的表面进行预清洗处理，以去除所述离子注入步骤中形成的无定型物质，同时去除所述第二半导体材料层；
在所述NMOS栅极结构两侧的半导体衬底上和所述PMOS栅极结构两侧的所述应力层上外延生长所述第一半导体材料层。”
经过充分阅卷和合议，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
复审请求人于2019年09月05日提交了权利要求书的全文修改替换页（共包括8项权利要求）。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所针对的审查文本为：申请日2014年05月21日提交的说明书第1-9页、说明书附图第1-4页、说明书摘要和摘要附图，2019年09月05日提交的权利要求第1-8项。
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。
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，该区别技术特征既未被其他对比文件公开，也不能从中获得技术启示，对本领域技术人员来说也不属于公知常识，且该区别技术特征给该项权利要求请求保护的技术方案带来了有益的技术效果，则该项权利要求具备创造性。
本复审请求审查决定引用与驳回决定相同的对比文件，即：
对比文件1：US2006003533A1，公开日为2006年01月05日；
对比文件2：CN103745956A，公开日为2014年04月23日。
权利要求1请求保护一种半导体器件的制备方法，对比文件1公开了一种通过去除初始结晶表面的缺陷来形成升高的源漏区的方法，并具体公开了如下技术特征（参见说明书第[0006]-[0013]段、附图1a-1b）：场效应晶体管100的制备方法包括：提供半导体衬底101，在所述半导体衬底101上形成有栅极结构104；对所述栅极结构104的两侧执行离子注入形成有源漏区110，在源漏区110的表面115形成大量表面缺陷；在超过1000℃的氢气的氛围下退火，移除从表面115起深度为几纳米的诸如碳的污染物，但是外延之前提高温度的热退火显著提高了场效应晶体管100的热负载，导致不能有效地再结晶表面115的表面缺陷，从而表面缺陷仍存在或者被引入到外延生长区（参见说明书第0012段）；在栅极结构104的两侧外延生长附加的硅区113。权利要求1与对比文件1的区别技术特征为：在所述半导体衬底上形成有NMOS区域和PMOS区域，在所述NMOS区域和所述PMOS区域上分别形成有NMOS栅极结构和PMOS栅极结构；在所述NMOS栅极结构和PMOS栅极结构两侧执行源漏离子注入；在所述PMOS栅极结构两侧的所述半导体衬底中形成凹槽，在所述凹槽中外延生长应力层和第二半导体材料层；对所述半导体衬底的表面进行预清洗处理，以去除所述离子注入步骤中形成的无定型物质，同时去除所述第二半导体材料层；在所述NMOS栅极结构两侧的半导体衬底上和所述PMOS栅极结构两侧的所述应力层上外延生长所述第一半导体材料层。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：如何在NMOS区域源漏注入后的表面生长半导体材料层。
对于上述区别技术特征，本申请为了解决现有技术中NMOS区域由于源漏注入后表面不能生长半导体层的问题，在NMOS栅极结构和PMOS栅极结构两侧执行源漏离子注入后，在所述PMOS栅极结构两侧的半导体衬底中形成凹槽，在所述凹槽中外延生长应力层和半导体层，对所述 NMOS区域和PMOS区域的源漏区表面进行预清洗处理，以去除所述离子注入中形成的无定型物质和该半导体层，同时在所述NMOS区域的源漏上形成沟槽，然后再次外延生长半导体层，以在所述NMOS区域和所述PMOS区域的源漏上均形成外延的半导体层，从而解决了NMOS区域不能外延生长半导体层的问题。对比文件1仅涉及场效应晶体管中通过去除初始结晶表面的缺陷来形成升高的源漏区的方法，具体为对栅极结构的两侧执行离子注入形成有源漏区，然后在超过1000℃的氢气的氛围下退火，最后外延生长附加的硅区。虽然对比文件1也是为了解决离子注入后外延生长硅区问题，但是对比文件1采取退火处理，而本申请则采取预清洗处理，两者采取的技术手段不同，对比文件1对得到上述区别技术特征没有技术启示。
对比文件2公开了一种制备嵌入式锗硅外延前的表面处理方法，并具体公开了如下技术特征（参见说明书第[0023]-[0034]段、附图1-5）：对半导体晶圆的硅衬底进行干法刻蚀，在PMOS晶体管结构200上形成源漏凹槽21；通过离子注入工艺，在源漏凹槽21表面形成非晶态多晶硅层22；清洗非晶态多晶硅层22的表面；利用第一气体原位腐蚀非晶态多晶硅层22，露出清洁的、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面，第一气体为HCl、Cl2、或HCl与Cl2的混合气体；执行外延生长前的烘烤；执行SiGe沉积，形成嵌入式SiGe源漏结构23。可见，虽然对比文件2也是在半导体材料外延生长前对半导体衬底进行表面处理，以提高半导体材料的外延生长质量，但是对比文件2是对干法刻蚀后的半导体进行处理，而本申请是对离子注入后的半导体衬底进行清洗，两者处理或清洗的对象不同。并且，对比文件2的表面处理包括先离子注入形成非晶态多晶硅层，清洗非晶态多晶硅层表面，最后腐蚀去除非晶态多晶硅层，即将表面质量不好的硅衬底的表面非晶化形成非晶态多晶硅层，然后去除非晶态多晶硅层，露出清洁的、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面；而本申请离子注入是为了形成源漏，清洗去除的是离子注入形成源漏后产生的无定型物质，可见，对比文件2的表面处理与本申请的预清洗的技术手段也不同。最后，本申请通过预清洗解决了在NMOS区域由于源漏注入后表面不能生长Si层的技术问题，涉及NMOS区域和PMOS区域共同制造、相互配合，而对比文件2仅涉及在PMOS晶体管结构的源漏区形成嵌入式SiGe，不涉及NMOS区域源漏注入后生长Si层的技术问题。综上，对比文件2没有公开上述区别技术特征，对得到上述区别技术特征也没有技术启示。上述区别技术特征也不属于本领域的公知常识，该区别技术特征使得权利要求1的技术方案在NMOS区域和PMOS区域的源漏上均形成外延的Si层，实现所述NMOS以及PMOS区域源漏上应力的设计，提高半导体器件的性能和良率，取得了有益的技术效果。因此权利要求1请求保护的技术方案相对于对比文件1和对比文件2以及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。
从属权利要求2-8直接或间接引用权利要求1，当权利要求1具备创造性时，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中相关意见的评述
对于驳回决定和前置审查中的意见，合议组认为：
（1）虽然对比文件1也是为了解决离子注入后外延生长硅区的问题，但是对比文件1采取退火处理，而本申请则采取预清洗处理，两者采取的技术手段不同，对比文件1对得到本申请的技术方案没有技术启示。虽然对比文件2也是在半导体材料外延生长前对半导体衬底进行表面处理，但是对比文件2是对干法刻蚀后的半导体进行处理，而本申请是对离子注入后的半导体衬底进行清洗，两者处理或清洗的对象不同。并且，对比文件2的表面处理包括先离子注入形成非晶态多晶硅层，最后腐蚀去除非晶态多晶硅层，即将表面质量不好的硅衬底的表面非晶化形成非晶态多晶硅层，然后去除非晶态多晶硅层，露出清洁的、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面；而本申请离子注入是为了形成源漏，清洗去除的是离子注入形成源漏后产生的无定型物质，可见，对比文件2的表面处理与本申请的预清洗的技术手段也不同。最后，本申请通过预清洗解决了在NMOS区域由于源漏注入后表面不能生长Si层的问题，涉及NMOS区域和PMOS区域共同制造、相互配合，而对比文件2仅涉及在PMOS晶体管结构的源漏区形成嵌入式SiGe，不涉及NMOS区域源漏注入后生长Si层的问题，因此对比文件2对得到本申请的技术方案没有技术启示。
（2）虽然对比文件2中形成了PMOS晶体管结构和NMOS晶体管结构，但是对比文件2仅涉及在PMOS晶体管结构的源漏区形成嵌入式SiGe，不涉及NMOS区域源漏注入后生长半导体层的问题。对比文件2的表面处理包括先离子注入形成非晶态多晶硅层，将硅衬底的表面非晶化，最后腐蚀去除非晶态多晶硅层，即在处理表面质量不好的硅衬底时，首先将硅衬底的表面非晶化，在硅衬底表面形成一层非晶态多晶硅，然后去除非晶态多晶硅层，露出清洁的、低缺陷和粗糙度良好的硅衬底表面，在硅衬底表面离子注入形成非晶态多晶硅层是衬底表面处理的核心手段；而本申请离子注入是为了形成源漏，清洗去除的是离子注入形成源漏后产生的无定型物质。对比文件2没有公开本申请NMOS区域和PMOS区域相互配合的预清洗方法，本申请的预清洗方法也不属于本领域的公知常识，因此本申请相对于对比文件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。
基于上述理由，合议组作出如下复审请求审查决定。至于本申请中是否还存在其它不符合专利法和专利法实施细则有关规定的缺陷，留待后续程序继续审查。
三、决定
撤销国家知识产权局于2019年03月05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所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决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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