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：200383
决定日：2019-12-31
委内编号：1F277338
优先权日：
申请（专利）号：201410088249.2
申请日：2014-03-11
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：赵世欣
合议组组长：韩冰
参审员：王光军
国际分类号：H01L21/8238，H01L21/28，H01L27/092，H01L29/49
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第2款、第3款
决定要点：对于一项权利要求中技术特征的认定，如果说明书中没有对该技术特征做出解释说明，则应当基于本领域对该技术特征的公知含义对其保护范围进行认定。如果最接近的现有技术，公开了本申请的该项权利要求请求保护的技术方案，且二者在技术领域、所解决的技术问题、所达到的技术效果上均相同，则该项权利要求不具备新颖性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201410088249.2，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“中芯国际集成电路制造（上海）有限公司”，申请日为2014年03月11日，公开日为2015年09月16日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2018年12月10日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1、3、7、10不具备专利法第22条第2款规定的新颖性，权利要求2、4-6、8-9、11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：2017年11月17日提交的权利要求书第1-11项，申请日2014年03月11日提交的说明书第1-12页、说明书附图第1-7页、说明书摘要、摘要附图。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造方法，包括：
提供具有第一器件类型区域和第二器件类型区域的半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有伪栅极结构；
去除所述伪栅极结构，并在留下的沟槽内依次形成界面层、高k介电层和第一覆盖层；
形成牺牲材料层，以完全填充所述沟槽；
去除位于所述第一器件类型区域上的牺牲材料层，在所述第一器件类型区域上形成第一金属栅极结构；
去除位于所述第二器件类型区域上的牺牲材料层，在所述第二器件类型区域上形成第二金属栅极结构，
其中，所述第一金属栅极结构的功函数金属层和所述第二金属栅极结构的功函数金属层分别独立地形成。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牺牲材料层的材料为底部抗反射涂层、富含硅的BARC、无定型硅或者无定型碳。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用干法蚀刻实施所述牺牲材料层的去除。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一金属栅极结构包括自下而上层叠的阻挡层、第一功函数设定金属层、第二覆盖层、浸润层和金属栅极材料层，所述第二金属栅极结构包括自下而上层叠的阻挡层、第二功函数设定金属层、第二覆盖层、浸润层和金属栅极材料层。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一功函数设定金属层的构成材料为适用于所述第一器件类型的金属材料，包括一层或多层金属或金属化合物；所述第二功函数设定金属层的构成材料为适用于所述第二器件类型的金属材料，包括一层或多层金属或金属化合物。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在去除所述伪栅极结构之前，还包括下述步骤：在所述半导体衬底上形成覆盖所述伪栅极结构的接触孔蚀刻停止层；在所述接触孔蚀刻停止层上形成层间介电层；执行化学机械研磨依次研磨所述层间介电层和所述接触孔蚀刻停止层，直至露出所述伪栅极结构的顶部。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用干法蚀刻或湿法蚀刻工艺去除所述伪栅极结构。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二金属栅极结构之后，还包括形成接触孔，并在所述接触孔的底部形成自对准硅化物的步骤。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在形成所述接触孔之前，还包括下述步骤：形成另一层间介电层，以覆盖所述第一金属栅极结构和所述第二金属栅极结构；研磨所述另一层间介电层，以使其表面平整。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述伪栅极结构包括自下而上层叠的牺牲栅介电层和牺牲栅电极层。
11. 一种如权利要求1‐10中的任一方法制造的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件的高k介电层上形成有第一覆盖层，所述半导体器件的金属栅极结构中的功函数设定金属层和浸润层之间形成有第二覆盖层。”
驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件1：US2013026579A1，公开日为2013年01月31日。
驳回决定指出：1）对比文件1公开了权利要求1请求保护的技术方案，且对比文件1所公开的技术方案与权利要求1请求保护的技术方案属于同一技术领域，技术方案相同，解决的技术问题和产生的技术效果均相同。因此，权利要求1不具备专利法第22条第2款规定的新颖性。2）权利要求11与对比文件1公开的内容相比，区别技术特征为：浸润层。上述区别技术特征是本领域的惯用技术手段。因此，权利要求11不具备专利法第22条第3款规定的创造性。3）从属权利要求2-10的附加技术特征或者被对比文件1公开，或者是本领域的惯用技术手段。因此，权利要求3、7、10不具备专利法第22条第2款规定的新颖性，权利要求2、4-6、8-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年03月22日向国家知识产权局提出了复审请求，没有对申请文件进行修改。
复审请求人认为：本申请权利要求1与对比文件1的区别至少在于：所述第一金属栅极结构的功函数金属层与所述第二金属栅极结构的功函数金属层分别独立地形成。对比文件1中适用于PMOS的功函数金属层133会在NMOS区沉积，适用于NMOS的功函数金属层会在PMOS区沉积。因此，对比文件1中的两个功函数金属层会发生反应，或者存在发生反应的可能性。因此，对比文件1中PMOS功函数金属层和NMOS功函数金属层不是分别独立的形成的。而且，对比文件1没有意识到PMOS功函数金属层和NMOS功函数金属层的形成过程对最终器件的质量的影响。本申请中，只要是使第一器件类型的功函数金属层与适用于第二器件类型的功函数金属层独立形成，且这种独立的形成能够避免第一器件类型的功函数金属层与适用于第二器件类型的功函数金属层发生反应的任何技术手段都落入本申请的保护范围内。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年03月27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“第一金属栅极结构的功函数金属层和所述第二金属栅极结构的功函数金属层分别独立地形成”。并且本申请没有记载沉积第一功函数设定金属层的过程中其材料不沉积在PMOS区域，也没有记载如何避免第一功函数设定金属层沉积在PMOS区域。2、对比文件1中PMOS的金属栅极结构中仅有PMOS功函数金属层，NMOS的栅极结构中仅有NMOS功函数金属层，因此，同样解决了本申请所要解决的技术问题。基于上述理由，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06月20日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1、3、7、10不具备专利法第22条第2款规定的新颖性，权利要求2、4-6、8-9、11不具备专利法第22条第3款规定的创造性。2）针对复审请求人的意见陈述，合议组认为：首先，独立，是指关系上不依附、不隶属。对本领域技术人员来说，“独立地形成”即NMOS功函数金属层和PMOS功函数金属层的形成过程相互不依赖。此外，独立地形成，并不等同于形成的区域不存在交叠。本申请的申请文件并没有记载形成NMOS功函数金属层的材料没有覆盖在PMOS区域，或者形成PMOS功函数金属层的材料没有覆盖在NMOS区域。其次，对比文件1已经意识到NFET功函数金属层会与PFET功函数金属层发生反应。对比文件1公开的技术方案中，适用于PMOS的功函数金属层和适用于NMOS的功函数金属层形成的位置不同，也不是在同一个工艺步骤中形成，具有先后顺序，且采用的材料也不相同。此外，对比文件1中第一金属栅极结构152的PMOS功函数金属层133和所述第二金属栅极结构151的NMOS功函数金属层136之间还形成有埋层132，因而PMOS功函数金属层133和NMOS功函数金属层136并不直接接触，也不存在发生反应的可能。
复审请求人于2019年08月02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（共包括权利要求第1-11项），其中在复审通知书所针对的权利要求书的基础上，在独立权利要求1中增加技术特征“避免后续工序中适用于所述第一器件类型的功函数金属层与适用于所述第二器件类型的功函数金属层之间发生反应”。
新修改的独立权利要求1内容如下：
“1. 一种半导体器件的制造方法，包括：
提供具有第一器件类型区域和第二器件类型区域的半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有伪栅极结构；
去除所述伪栅极结构，并在留下的沟槽内依次形成界面层、高k介电层和第一覆盖层；
形成牺牲材料层，以完全填充所述沟槽；
去除位于所述第一器件类型区域上的牺牲材料层，在所述第一器件类型区域上形成第一金属栅极结构；
去除位于所述第二器件类型区域上的牺牲材料层，在所述第二器件类型区域上形成第二金属栅极结构，
其中，所述第一金属栅极结构的功函数金属层和所述第二金属栅极结构的功函数金属层分别独立地形成，避免后续工序中适用于所述第一器件类型的功函数金属层与适用于所述第二器件类型的功函数金属层之间发生反应。”
复审请求人认为：（1）对比文件1没有公开独立地形成功函数金属层以避免功函数金属层发生反应的技术方案，解决的技术问题也不是避免功函数金属层发生反应，并且即使具有埋层结构，仍存在PMOS功函数金属层与NMOS功函数金属层发生反应的可能性。即使对比文件1意识到NFET和PFET功函数金属层发生反应这一技术问题，其技术方案中PMOS功函数金属层会沉积在NMOS区域，NMOS功函数金属层会沉积在PMOS区域，这样NMOS和PMOS功函数金属层就会发生反应或存在发生反应的可能性，从而带来不利影响。此外，对比文件1中“埋层”的阻断方式不同于本申请中“独立地形成”。而且，即使具备“埋层”，也存在反应的可能性，也不能解决PMOS和NMOS功函数金属层发生反应的技术问题。（2）本申请中N型功函数金属层仅在NCORE的凹槽中形成，P型功函数金属层仅在PCORE的凹槽中形成，N型和P型功函数金属层必然不会存在交叠。因此，权利要求1中的“独立地形成”意味着PMOS和NMOS功函数金属层在形成过程中，沉积的区域不存在交叠。
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
复审请求人于2019年08月02日答复复审通知书时提交了权利要求书的全文修改替换页。经审查，所作的修改符合专利法实施细则第61条第1款以及专利法第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08月02日提交的权利要求第1-11项；申请日2014年03月11日提交的说明书第1-12页、说明书附图第1-7页、说明书摘要、摘要附图。
2、关于专利法第22条第2款、第22条第3款
专利法第22条第2款规定：新颖性，是指该发明或者实用新型不属于现有技术；也没有任何单位或者个人就同样的发明或者实用新型在申请日以前向国务院专利行政部门提出过申请，并记载在申请日以后公布的专利申请文件或者公告的专利文件中。
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。
对于权利要求中技术特征的认定，如果说明书中没有对该技术特征做出解释说明，则应当基于本领域对该技术特征的公知含义对其保护范围进行认定。如果最接近的现有技术，公开了本申请的技术方案，且二者在技术领域、所解决的技术问题、所达到的技术效果上均相同，则该项权利要求不具备新颖性。
如果一项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，该区别技术特征属于本领域的惯用技术手段，则该项权利要求请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点，不具备创造性。
本复审请求审查决定中所引用的对比文件与驳回决定、复审通知书引用的对比文件相同，即：
对比文件1：US2013026579A1，公开日为2013年01月31日。
2-1、权利要求1不具备专利法第22条第2款规定的新颖性
独立权利要求1请求保护一种半导体器件的制造方法。对比文件1公开了一种半导体器件的制造方法，具体披露了以下技术内容（参见说明书第[0027]-[0062]段，附图1-14）：提供具有PMOS区域（相当于第一器件类型区域）和NMOS区域（相当于第二器件类型区域）的半导体衬底101，在所述半导体衬底101上形成有伪栅极结构105、106；去除所述伪栅极结构105、106，并在留下的沟槽125、126内依次形成界面层116、高k介电层117和盖层118（相当于第一覆盖层）；形成伪盖层119（相当于牺牲材料层），以完全填充所述沟槽125、126；去除位于所述PMOS区域上的伪盖层119，在所述PMOS区域上形成第一金属栅极结构152；去除位于所述NMOS区域上的伪盖层119，在所述NMOS区域上形成第二金属栅极结构151；其中，先形成所述第一金属栅极结构152的PMOS功函数金属层133（附图10-11），化学机械研磨后在整个器件表面形成埋层135，之后形成所述第二金属栅极结构151的NMOS功函数金属层136（附图12-13），在所述半导体器件的制造过程中，PMOS功函数金属层133和NMOS功函数金属层136始终没有接触，即PMOS功函数金属层133和NMOS功函数金属层136分别独立地形成，并且在制造得到的半导体器件中PMOS功函数金属层133和NMOS功函数金属层136也没有接触，从而始终避免PMOS功函数金属层133和NMOS功函数金属层136混合在一起，进而避免PMOS功函数金属层133和NMOS功函数金属层136在后续工序中发生反应。
可见，对比文件1已经公开了该权利要求所要求保护的技术方案，且对比文件1所公开的技术方案与该权利要求所要求保护的技术方案属于同一技术领域，其技术方案相同，解决的技术问题相同，并能产生相同的技术效果，因此权利要求1请求保护的技术方案不具备专利法第22条第2款规定的新颖性。
2-2、从属权利要求3、7、10不具备专利法第22条第2款规定的新颖性，从属权利要求2、4-6、8-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
从属权利要求2对权利要求1做了进一步限定。其附加技术特征是本领域常用的牺牲材料。本领域技术人员可以根据需要选择该些材料作为对比文件1的伪盖层119。在对比文件1的基础上结合本领域的惯用技术手段得出该权利要求所要求保护的技术方案，对本领域的技术人员来说是显而易见的，因此在其引用的权利要求不具备新颖性的情况下，权利要求2请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
从属权利要求3对权利要求1做了进一步限定。对比文件1（参见说明书第[0048]段）还公开了：采用干法蚀刻去除所述伪盖层119。因此在其引用的权利要求不具备新颖性的情况下，权利要求3也不具备专利法第22条第2款规定的新颖性。
从属权利要求4对权利要求1做了进一步限定。对比文件1还公开了（参见说明书第[0054]-[0058]段，附图14）：所述第一金属栅极结构152、1404，包括自下而上层叠的阻挡层1426、PMOS功函数金属层1424（相当于第一功函数设定金属层）、铝阻挡层1422（相当于第二覆盖层）、铝填充层1420（相当于金属栅极材料层），所述第二金属栅极结构151、1402，包括自下而上层叠的阻挡层1416、NMOS功函数金属层1414（相当于第二功函数设定金属层）、铝阻挡层1412（相当于第二覆盖层）和铝填充层1410（相当于金属栅极材料层）。另外，为了改善金属栅极材料层与其他层材料之间的界面特性，而在金属栅极材料与其他层之间形成一浸润层是本领域的惯用技术手段。因此在其引用的权利要求不具备新颖性的情况下，权利要求4请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
从属权利要求5对权利要求4做了进一步限定。对比文件1（参见说明书第[0048]-[0051] 、[0057]-[0058]段）还公开了：PMOS功函数金属层1424的构成材料为适用于PMOS的金属材料，包括一层TiN或多金属基层的堆叠；NMOS功函数金属层1414的构成材料为适用于NMOS的金属材料，包括一层TiAl或多金属基层的堆叠。因此在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，权利要求5也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
从属权利要求6对权利要求1做了进一步限定。对比文件1还公开了（参见说明书第[0035]-[0036]段，附图4）：在去除所述伪栅极结构105、106之前，还包括下述步骤：在所述半导体衬底101上形成层间介电层115；执行化学机械研磨以研磨所述层间介电层115，直至露出所述伪栅极结构105、106的顶部。另外，形成接触孔蚀刻停止层是本领域技术人员为了保护伪栅极结构的惯用技术手段，研磨接触孔蚀刻停止层是本领域技术人员为了使伪栅极结构的顶部露出的惯用技术手段。因此在其引用的权利要求不具备新颖性的情况下，权利要求6不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
从属权利要求7对权利要求1做了进一步限定。对比文件1（参见说明书第[0037]段）还公开了：采用干法蚀刻或湿法蚀刻工艺去除所述伪栅极结构105、106。因此在其引用的权利要求不具备新颖性的情况下，权利要求7也不具备专利法第22条第2款规定的新颖性。
权利要求8对权利要求1做了进一步限定，权利要求9对权利要求8做了进一步限定。其附加技术特征均是本领域形成后续互连结构的惯用技术手段。因此在其引用的权利要求不具备新颖性或创造性的情况下，权利要求8-9不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
从属权利要求10对权利要求1做了进一步限定。对比文件1（参见说明书第[0037]段）还公开了：所述伪栅极结构105、106包括自下而上层叠的SiO2界面层（相当于牺牲栅介电层）和多晶硅伪栅电极（相当于牺牲栅电极层）。因此在其引用的权利要求不具备新颖性的情况下，权利要求10也不具备专利法第22条第2款规定的新颖性。
2-3、独立权利要求11不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求11请求保护一种如权利要求1-10方法制造的半导体器件。对比文件1公开了一种半导体器件，具体披露了以下技术内容（参见说明书第[0027]-[0062]段，附图1-14）：所述半导体器件的高k介电层117上形成有盖层118（相当于第一覆盖层），所述半导体器件的金属栅极结构1404（152）/1402（151）中的功函数金属层1424/1414（相当于功函数设定金属层）和铝填充层1420/1410（即金属栅极材料层）之间形成有铝阻挡层1422/1412（相当于第二覆盖层）。权利要求11与对比文件1的区别技术特征还在于：金属栅极结构还包括浸润层。为了改善金属栅极材料层与其他层材料之间的界面特性，而在金属栅极材料层与其他层之间形成一浸润层是本领域的惯用技术手段。由此可知，当其所引用的权利要求不具备新颖性或创造性时，在对比文件1的基础上结合本领域的惯用技术手段得出该权利要求所要求保护的技术方案，对本领域的技术人员来说是显而易见的，因此权利要求11请求保护的技术方案不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
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：（1）对比文件1的背景技术中公开了：PFET金属沉积在NFET和PFET的栅极沟槽中，之后去除NFET栅极沟槽中的PFET金属，沉积NFET金属。由于NFET栅极沟槽中残留的PFET金属会和NFET金属接触，发生反应，从而难以控制NFET的功函数和阈值电压（参见对比文件1说明书[0002]段）。可见，对比文件1已经意识到NFET功函数金属层会与PFET功函数金属层发生反应的技术问题。为了解决上述技术问题，在形成NMOS和PMOS的过程中，先在NMOS和PMOS的栅极位置处形成伪栅极，之后去除PMOS的伪栅极，在PMOS的栅极沟槽中形成适用于PMOS的功函数金属层，接着去除NMOS的伪栅极，并在NMOS的栅极沟槽以及整个器件表面形成埋层135，接着在所述NMOS的栅极沟槽和整个器件表面形成适用于NMOS的功函数金属层，最后去除所述NMOS的栅极沟槽以外的埋层135和适用于NMOS的功函数金属层。其中，所述埋层135用于防止所述适用于NMOS的功函数金属层的穿透。此外，所述适用于PMOS的功函数金属层与适用于NMOS的功函数金属层采用不同的材料形成。可见，对比文件1中适用于PMOS的功函数金属层和适用于NMOS的功函数金属层的形成位置、形成顺序、形成材料都不是相互依赖，相互依附的，并且在整个制造过程中，PMOS的功函数金属层和适用于NMOS的功函数金属层始终没有接触。即对比文件1的技术方案中形成PMOS功函数金属层和NMOS功函数金属层是相互独立的。此外，对比文件1还公开了，所述技术方案能够防止适用于PMOS的功函数金属层和适用于NMOS的功函数金属层混合在一起（参见对比文件1说明书[0024]-[0026]、[0059]段），也就防止了两者之间发生反应。可见，对比文件1公开了独立地形成功函数金属层避免不同的功函数金属层混合在一起，其解决的技术问题也是避免功函数金属层发生反应，其形成工艺和埋层结构能够避免PMOS功函数金属层与NMOS功函数金属层发生反应。（2）本申请说明书记载了“在NCORE上形成第一金属栅极结构”、“在PCORE上形成第二金属栅极结构”。说明书并没有记载在形成第一金属栅极或第二金属栅极的过程中，N型功函数金属层仅形成在NCORE的凹槽中，或者P型功函数金属层仅形成在PCORE的凹槽中。说明书附图1J和1K所示的是在沉积形成各层，并经过化学机械后得到结构，并不是沉积工艺中的示意图。如果构成第一或第二金属栅极的各层仅形成在各自的凹槽中，则不需要“执行化学机械研磨以研磨上述各层材料，直至漏出层间介电层109”（参见本申请说明书[0055]段）。也就是说，附图1J和1K所示的并不是沉积各层时的示意图。因而，从本申请说明书以及附图的记载，都不能直接地、毫无疑义地确定，在沉积形成构成第一或第二金属栅极的各层时，PMOS和NMOS功函数金属层在形成过程中，沉积的区域不存在交叠。也就是说，独立权利要求1中“独立地形成”并不意味着PMOS和NMOS功函数金属层在形成过程中，沉积的区域不存在交叠。
因此，复审请求人的意见陈述不具有说服力，合议组不予支持。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年12月10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复审请求审查决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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