发明创造名称：二氧化硅薄膜的制备方法
外观设计名称：
决定号：200309
决定日：2020-01-07
委内编号：1F295637
优先权日：
申请（专利）号：201810190973.4
申请日：2018-03-08
复审请求人：清华大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：张一文
合议组组长：钱丹娜
参审员：王晓峰
国际分类号：H01L21/02，C23C16/44，C23C16/40
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，该区别技术特征不是本领域的公知常识，现有技术也没有给出将该区别技术特征应用至该最接近的现有技术以解决本申请存在的技术问题的启示，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201810190973.4，名称为“二氧化硅薄膜的制备方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为清华大学，申请日为2018年03月08日，公开日为2018年08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30日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-9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2018年03月08日提交的说明书第1-83段、说明书附图图1-6、说明书摘要、摘要附图，2019年01月30日提交的权利要求第1-9项。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种二氧化硅薄膜制备方法，包括：
S100，提供一硅衬底(110)；
S200，将所述硅衬底(110)放入氧化炉内，将所述氧化炉内的温度升温至反应温度，所述反应温度为1000℃-1200℃；
S300，向所述氧化炉内通入氧气，所述氧气的流量为9slm/min-10slm/min，；以及
S410，向所述氧化炉中通入氧气4min-6min后，开始向所述氧化炉内通入氢气，并点火，所述氢气的流量为4slm/min-8slm/min；
S420，向所述氧化炉中通入氢气0.5min-1.5min，将所述氢气的流量调节为14slm/min-14.6slm/min，在所述硅衬底(110)表面形成第一二氧化硅层(120)。
2. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述S300中，所述氧气的流量为9.53slm/min。
3. 如权利要求2所述的二氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述S400中，所述氢气的流量为14.3slm/min。
4. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述S200包括：
S210，提供一氧化炉，对所述氧化炉加热升温至预处理温度，所述预处理温度为800℃-900℃；
S220，所述氧化炉升温至所述预处理温度后，将所述硅衬底(110)放入所述氧化炉内并向所述氧化炉内通入氮气；
S230，保持所述预处理温度20min-40min后，断开氮气并将所述氧化炉内的温度由预处理温度升至反应温度，所述反应温度为1000℃-1200℃。
5. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述S300包括：
S310，在所述氧化炉内的温度由所述预处理温度升至所述反应温度之间，向所述氧化炉通入氧气，所述氧气的流量为10slm/min-15slm/min；
S320，在所述氧化炉内的温度升高至所述反应温度之后，将所述氧气的流量调整为9slm/min-10slm/min，在所述硅衬底(110)表面形成第二二氧化硅层(130)， 所述第二二氧化硅层(130)设置于所述第一氧化硅层(120)与所述硅衬底(110)之间。
6. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，还包括：S500，断开氢气，向所述氧化炉内继续通入氧气，所述氧气的流量为9slm/min-10slm/min，在所述第一二氧化硅层(120)远离所述硅衬底(110)的表面形成第三二氧化硅层(140)。
7. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述S100后还包括，S110，用清洗液对所述硅衬底(110)进行清洗。
8. 如权利要求7所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述清洗液为H2SO4H2O2的混合溶液、NH4OHH2O2H2O混合溶液、HCLH2O2H2O混合溶液和HF溶液中的一种或多种。
9. 如权利要求1-8任一项所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，还包括：
S600，所述第一二氧化硅层制备完成后，将所述氧化炉内的温度降至800℃-900℃，降温时间为60min-70min。”
驳回决定中引用了一篇对比文件，即：
对比文件1：CN1495859A，公开日为2004年05月12日。
驳回决定认为：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备创造性；权利要求2-3、5、9的附加技术特征是公知常识，权利要求4、6-8的附加技术特征一部分被对比文件1公开，一部分是本领域的公知常识，因此都不具备创造性。其中，对于独立权利要求1，驳回决定指出：权利要求1与对比文件1相比，区别技术特征为：反应温度为1000℃-1200℃；点火时氢气的流量为4slm/min-8slm/min；点火后向氧化炉中通入氢气0.5min至1.5min，将氢气的流量调节为14slm/min-14.6slm/min。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：优化工艺参数，防止点火爆炸和提高反应效果。然而，本领域技术人员根据实际情况，设置合适的反应温度，和为了避免点火时氢气与氧气比例过大而爆炸和点火后氢气和氧气充分安全的反应，在合适的氢氧比例，这是本领域的惯用技术手段，属于公知常识。由此可见，在对比文件1的基础上结合本领域的公知常识得出该权利要求所要求保护的技术方案对本领域技术人员来说是显而易见的，因此，该权利要求所要求保护的该技术方案不具有突出的实质性特点，因而不具备创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年08月08日向国家知识产权局提出了复审请求，同时提交了权利要求书的全文替换页（共8项权利要求），对驳回所针对的权利要求作了如下修改：在权利要求1中增加了技术特征“S310，在所述氧化炉内的温度由所述预处理温度升至所述反应温度之前，向所述氧化炉通入氧气，所述氧气的流量为10slm/min-15slm/min，在所述硅衬底(110)表面形成第二二氧化硅层(130)，所述第二二氧化硅层(130)设置于所述硅衬底(110)的表面；S320，在所述氧化炉内的温度升高至所述反应温度之后，将所述氧气的流量调整为9slm/min-10slm/min”，将权利要求1中的技术特征“将所述氧化炉内的温度升温至反应温度”修改为“将所述氧化炉内的温度由预设温度升温至反应温度”，将权利要求1中的技术特征“S300，向所述氧化炉内通入氧气，所述氧气的流量为9slm/min-10slm/min”删除；将权利要求2中的技术特征“在所述硅衬底（110）表面形成第一二氧化硅层（120）”修改为“在所述第二二氧化硅（130）表面形成第一二氧化硅层（120）”；删除了权利要求5；适应性调整相关权利要求的序号和引用关系。复审请求人认为：
修改后的权利要求1相对于对比文件1至少包括如下区别技术特征：（1）在所述氧化炉内的温度由所述预处理温度升至所述反应温度之前，向所述氧化炉通入氧气，所述氧气的流量为10slm/min-15slm/min，在所述硅衬底(110)表面形成第二二氧化硅层(130)，所述第二二氧化硅层(130)设置于所述硅衬底(110)的表面；（2）所述反应温度为1000℃-1200℃；（3）向所述氧化炉中通入氧气4min-6min后，开始向所述氧化炉内通入氢气，并点火，所述氢气的流量为4slm/min-8slm/min；S420，向所述氧化炉中通入氢气0.5min-1.5min，将所述氢气的流量调节为14slm/min-14.6slm/min，在所述第二二氧化硅层(130)的表面形成第一二氧化硅层(120)。
对于区别技术特征（1），对比文件1没有揭示在预热过程中可以形成二氧化硅层的技术方案，对比文件1在预加热过程中，通入氧气的步骤是防止热腐蚀晶片表面变粗糙，不是制作二氧化硅层，本领域技术人员无法在对比文件1的教导下显而易见地得到区别技术特征（1）。
对于区别技术特征（2），对比文件1给出了在温度为900℃以上时，产品的质量受到影响的相反的教导，本领域技术人员没有修改对比文件1的技术方案的动机以得到区别技术特征（2）。
对于区别技术特征（3），在对比文件1的教导下，会选择最优方案，即将氢气和氧气同时引入，或者参见对比文件1的图15，在通入氧气5秒后引入氢气，而不会选择在长时间（如几分钟）后才引入氢气；对比文件1没有公开在引入氢气一段时间后改变氢气流量的技术方案；虽然氧气和氢气混合需要控制比例是本领域的公知常识，但是如何控制，如何控制流量变化不是本领域的公知常识，且对比文件1揭示了在通入氧气0-5秒后通入氢气；对比文件1没有揭示何时点火的步骤，对比文件1的技术方案中，引入氢气时，氧气的流量也迅速增加，如果在引入氢气时就点火，更容易产生爆炸的危险，因此，本领域技术人员不会在引入氢气后马上点火；权利要求1的技术方案，在所述氧化炉内的温度由所述预处理温度升至所述反应温度之前，向所述氧化炉通入氧气，所述氧气的流量为10slm/min-15slm/min，在所述硅衬底(110)表面形成第二二氧化硅层(130)，所述第二二氧化硅层(130)设置于所述硅衬底(110)的表面，因此可以充分利用预设时间，形成第二二氧化硅层，达到节约能源和提高效率的目的，向所述氧化炉中通入氧气4min-6min后，开始向所述氧化炉内通入氢气，并点火，所述氢气的流量为4slm/min-8slm/min，通入氢气0.5min-1.5min后再将所述氢气的流量调节为14slm/min-14.6slm/min，可以避免氢气在刚通入时因为流量较大，与氧气混合点火引起爆炸的危险，通过使得氢气流量在通入一段时间后再增大，能够使得腔室内气体流动逐渐趋于均匀，有利于二氧化硅的均一性。
复审请求时新修改的权利要求书如下：
“1. 一种二氧化硅薄膜制备方法，包括：
S100，提供一硅衬底(110)；
S200，将所述硅衬底(110)放入氧化炉内，将所述氧化炉内的温度由预设温度升温至反应温度，所述反应温度为1000℃-1200℃；
S310，在所述氧化炉内的温度由所述预处理温度升至所述反应温度之前，向所述氧化炉通入氧气，所述氧气的流量为10slm/min-15slm/min，在所述硅衬底(110)表面形成第二二氧化硅层(130)，所述第二二氧化硅层(130)设置于所述硅衬底(110)的表面；
S320，在所述氧化炉内的温度升高至所述反应温度之后，将所述氧气的流量调整为9slm/min-10slm/min；
S410，向所述氧化炉中通入氧气4min-6min后，开始向所述氧化炉内通入氢气，并点火，所述氢气的流量为4slm/min-8slm/min；
S420，向所述氧化炉中通入氢气0.5min-1.5min，将所述氢气的流量调节为14slm/min-14.6slm/min，在所述第二二氧化硅层(130)的表面形成第一二氧化硅层(120)。
2. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述S300中，所述氧气的流量为9.53slm/min。
3. 如权利要求2所述的二氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述S400中，所述氢气的流量为14.3slm/min。
4. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述S200包括：
S210，提供一氧化炉，对所述氧化炉加热升温至预处理温度，所述预处理温度为800℃-900℃；
S220，所述氧化炉升温至所述预处理温度后，将所述硅衬底(110)放入所述氧化炉内并向所述氧化炉内通入氮气；
S230，保持所述预处理温度20min-40min后，断开氮气并将所述氧化炉内的温度由预处理温度升至反应温度，所述反应温度为1000℃-1200℃。
5. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，还包括：S500，断开氢气，向所述氧化炉内继续通入氧气，所述氧气的流量为9slm/min-10slm/min，在所述第一二氧化硅层(120)远离所述硅衬底(110)的表面形成第三二氧化硅层(140)。
6. 如权利要求1所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述S100后还包括，S110，用清洗液对所述硅衬底(110)进行清洗。
7. 如权利要求6所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述清洗液为H2SO4H2O2的混合溶液、NH4OHH2O2H2O混合溶液、HCLH2O2H2O混合溶液和HF溶液中的一种或多种。
8. 如权利要求1-7任一项所述的二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，还包括：
S600，所述第一二氧化硅层制备完成后，将所述氧化炉内的温度降至800℃-900℃，降温时间为60min-70min。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年08月16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：1、对比文件1虽然未直接公开预加热过程中可以形成氧化层，但是本领域技术人员根据实际情况使预加热过程中形成氧化层，这是本领域的惯用技术手段。本申请的发明构思是采用氢气与氧气燃烧(氢氧合成)的方式产生高纯度的水，优化氧气的流量和氢气的流量提高二氧化硅薄膜生长速率以及薄膜均匀性，已经被对比文件1公开；2、对比文件1公开了反应需要一定的温度范围，然而本领域技术人员可以确定，反应效应与温度，压强等所有反应条件综合相关。对比文件1中仅仅给出了在对比文件1的反应综合环境中，反应温度在900℃以上，晶片表面就会变的粗糙。本申请的反应环境即反应压强等具体条件与对比文件1并不完全相同，本领域技术人员在对比文件1公开的反应需要一定的温度范围的启示下，通过有限的试验确定在本申请反应系统中的合适的反应温度，这不需要付出创造性的劳动。对工艺产生进行优化，是本领域技术人员的惯用技术手段，对比文件1公开的参数提供了改进的基础，本领域技术人员依据现有的实验参数，进一步优化实验参数，这不需要付出创造性的劳动。3、对比文件1强调在0-5分钟之内引用氢气，0-5分钟内与4-6分钟后有交叉，例如4.5分钟，即对比文件1公开的数值范围与本申请的数值范围有交叉，对比文件1公开了权利要求中的通入氧气4-6分钟后引入氢气。4、《初等化学》[M]. 1973，明确记载了氢气和氧气按一定比例(氢气体积占4-74.2%)混合后，遇到火种，即会立刻爆炸。氢气与氧气反应需要防止爆炸，这是本领域技术人员的基本要求。本领域技术人员为了防止爆炸对氢气氧气的比例进行控制，在点火时通入少量的氢气，使氢气的体积占比在爆炸阈值外，这是本领域的惯用技术手段。此外，对比文件1已经公开了在点火完成后，需要调节氧含量来调控反应效率。本领域技术人员可以选择控制氧化的输入量也可以控制氢气的输入量，来调节反应速率，且当点火后调控气体比例以使反应更加充分提高反应效率，这是本领域的公知常识。因此坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
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
1、审查文本的认定
复审请求人于2019年08月08日提出复审请求时提交了权利要求书的全文替换页（共8项权利要求），经审查，该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。本复审决定所依据的文本为：申请日2018年03月08日提交的说明书第1-83段、说明书附图图1-6、说明书摘要、摘要附图，2019年08月08日提交的权利要求第1-8项。
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。
如果一项权利要求相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，该区别技术特征不是本领域的公知常识，现有技术也没有给出将该区别技术特征应用至该最接近的现有技术以解决本申请存在的技术问题的启示，则该项权利要求具备创造性。
本复审决定引用驳回决定中所引用的对比文件1，即：
对比文件1：CN1495859A，公开日为2004年05月12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请求保护一种二氧化硅薄膜制备方法，对比文件1公开了一种半导体集成电路器件的制造方法，并具体公开了（参见说明书第10页第20行至第11页第5行，第21页第15-30行、附图15）提供半导体晶片1A，半导体晶片是硅衬底，将硅衬底放入氧化膜形成单元107的反应器141（相当于权利要求中的氧化炉）内，将反应器141内的温度升温至反应温度，向所述氧化炉内通入氧气，向反应器141中通入氧气5分钟（5分钟落入了权利要求中的数值范围），向反应器141内通入氢气并点火，在硅衬底表面形成二氧化硅层。权利要求1与对比文件1相比，区别技术特征是：（1）在所述氧化炉内的温度由所述预处理温度升至所述反应温度之前，向所述氧化炉通入氧气，所述氧气的流量为10slm/min-15slm/min，在所述硅衬底(110)表面形成第二二氧化硅层(130)，所述第二二氧化硅层(130)设置于所述硅衬底(110)的表面；（2）所述反应温度为1000℃-1200℃；（3）在所述氧化炉内的温度升高至所述反应温度之后，将所述氧气的流量调整为9slm/min-10slm/min；向所述氧化炉中通入氧气4min-6min后，开始向所述氧化炉内通入氢气，并点火，所述氢气的流量为4slm/min-8slm/min；向所述氧化炉中通入氢气0.5min-1.5min，将所述氢气的流量调节为14slm/min-14.6slm/min，在所述第二二氧化硅层(130)的表面形成第一二氧化硅层(120)。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：（1）提高薄膜的均匀性；（2）提高生产速率；（3）防止爆炸以及提高薄膜均匀性。
对于区别技术特征（1），没有证据表明通入10slm/min-15slm/min流量的氧气提高薄膜的均匀性是本领域的公知常识，而且对比文件1公开了“当在氢气之前引入氧气时，所述氧气流入室120内，在待处理的半导体晶片1A表面形成低质量的氧化膜（初始氧化膜）。因此，氢气应与氧气同时引入，或考虑操作的安全性，氢气应稍晚于氧气引入（0到5分钟内）”，即，对比文件1给出的教导是尽量避免初始氧化膜的形成，本领域技术人员没有动机增加一个直接利用氧气与晶片反应生成氧化膜的步骤。此外，由于区别技术特征（1）的存在，使得权利要求1的技术方案具有稳定的氧气气氛从而能够很好地进行二氧化硅层的合成反应，产生了能够制备出具有较好均匀性的二氧化硅层的有益技术效果。
对于区别技术特征（2），较高的反应温度可以提高反应速率，从而相应地提高生产速率，是本领域的公知常识，但对比文件1公开了“如果晶片温度为800℃以下，那么所得的栅氧化膜的温度下降。另一方面，如果温度为900℃以下，那么晶片表面易于变粗糙”，也就是说，对比文件1给出的是将温度控制在800℃-900℃的教导，本领域技术人员在对比文件1的基础上，为了避免“晶片表面易于变粗糙”，没有动机将温度调整至超出900℃的1000℃-1200℃的范围。此外，由于区别技术特征（2）的存在，使得权利要求1的技术方案具有提高二氧化硅薄膜的生产速率的有益技术效果。
对于区别技术特征（3），虽然氢气和氧气按一定比例混合后，遇到火种会产生爆炸属于公知常识，但区别技术特征（3）作为一个整体，各技术特征之间存在内在的关联，没有证据表明其中氧气的流量和氢气的流量的配合是本领域的公知常识；同时，由于氧气的流量和氢气的流量的配合，使得权利要求1的技术方案具有快速、高效地制备二氧化硅层并且制备出的二氧化硅层的均匀性有较大提高的有益技术效果。
因此，在对比文件1的基础上结合本领域的公知常识得到权利要求1的技术方案并非显而易见，权利要求1的技术方案相对于对比文件1和本领域的公知常识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。
2.2、权利要求2-8具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求2-8直接或间接地对权利要求1作了进一步限定，在其引用的权利要求1具备创造性情况下，权利要求2-8的技术方案也具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、对驳回决定和前置审查意见的评述
针对驳回决定和前置审查的意见，合议组认为：
权利要求1的技术方案包括升温至1000℃-1200℃的反应温度之前通入形成第二二氧化硅层以及升温至1000℃-1200℃的反应温度之后形成第一二氧化硅层，其中形成第二二氧化硅层时通入10slm/min-15slm/min流量的氧气，可获得稳定的氧气气氛并很好地进行二氧化硅层的合成反应，从而制备出具有较好的均匀性的二氧化硅层，形成第一二氧化硅层时，先通入流量为9slm/min-10slm/min的氧气4min-6min，再通入流量为4slm/min-8slm/min的氢气并点火，可防止爆炸，通入氢气 0.5min-1.5min之后将氢气的流量调节为14slm/min-14.6slm/min，通过氧气和氢气的流量的配合可快速、高效地制备二氧化硅层，并且制备出的二氧化硅层的均匀性有较大的提高。
对比文件1并未公开在升温至反应温度之前形成第二二氧化硅层的过程以及氧气的流量，相反，对比文件1公开的是“当在氢气之前引入氧气时，所述氧气流入室120内，在待处理的半导体晶片1A表面形成低质量的氧化膜（初始氧化膜）。因此，氢气应与氧气同时引入，或考虑操作的安全性，氢气应稍晚于氧气引入（0到5分钟内）”，即，对比文件1公开的是氢气应与氧气同时引入或考虑操作的安全性，氢气应稍晚于氧气引入（0到5分钟内）来避免初始氧化膜的形成，执行该步骤的时机也并非是升温至反应温度之前，本领域技术人员没有动机通过预加热形成二氧化硅层，也没有动机采用10slm/min-15slm/min流量的氧气以获得相应的有益技术效果。
对比文件1公开的是800℃-900℃的温度范围并且指出如果温度高于900℃以上，晶片表面易于变粗糙，虽然反应效应与温度、压强等所有反应条件综合相关且对比文件1涉及具体的反应环境，但在对比文件1明确指出温度高于900℃以上会导致晶片表面粗糙的基础上，本领域技术人员没有动机将温度改变为1000℃-1200℃。
虽然氢气和氧气按一定比例混合后，遇到火种会产生爆炸属于本领域的公知常识，但没有证据表明9slm/min-10slm/min流量的氧气和14slm/min-14.6slm/min流量的氢气的配合是本领域的公知常识，本领域技术人员没有动机先通入流量为9slm/min-10slm/min的氧气，之后为了达到相应的有益技术效果，将氢气的流量从4slm/min-8slm/min调节为与氧气的流量相配合的14slm/min-14.6slm/min。
综上所述，合议组认为复审请求人于2019年08月08日提交的权利要求1-8已经克服了驳回决定、前置审查意见中所指出的不具备创造性的缺陷。至于本申请是否还存在其它缺陷，留待后续程序继续审查。
基于上述事实和理由，合议组依法作出如下审查决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2019年04月30 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申请日2018年03月08日提交的说明书第1-83段、说明书附图图1-6、说明书摘要、摘要附图，2019年08月08日提交的权利要求第1-8项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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