发明创造名称：半导体结构的形成方法
外观设计名称：
决定号：181840
决定日：2019-06-24
委内编号：1F274642
优先权日：
申请（专利）号：201510011973.X
申请日：2015-01-09
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：谢绍俊
合议组组长：周江
参审员：商纪楠
国际分类号：H01L21/768
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，该区别技术特征没有被其他对比文件公开，也不属于本领域公知常识，且上述区别技术特征还使得权利要求的技术方案具备有益的技术效果，那么该项权利要求相对于已有的对比文件具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510011973.X，名称为“半导体结构的形成方法”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为中芯国际集成电路制造(上海)有限公司。本申请的申请日为2015年01月09日，公开日为2016年08月03日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年11月06日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-19相对于对比文件1（US2006/0148243A1，公开日为2006年07月06日）和本领域公知常识的结合或相对于对比文件1、对比文件2（CN101452879A，公开日为2009年06月10日）和本领域公知常识的结合不具备创造性。驳回决定所依据的文本为申请日2015年01月09日提交的说明书第1-123段、说明书附图图1-13、说明书摘要、摘要附图，以及权利要求第1-19项。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供具有底层金属层的基底；
形成覆盖于所述基底表面以及底层金属层表面的介质层；
在所述介质层表面形成图形层，所述图形层内具有开口；
以所述图形层为掩膜，沿所述开口刻蚀所述介质层，直至暴露出底层金属层表面，在所述介质层内形成接触孔，所述接触孔内具有含氟聚合物杂质；
去除所述图形层；
采用氢等离子体对所述接触孔进行第一刻蚀后处理，去除所述含氟聚合物杂质中的氟离子；
在进行所述第一刻蚀后处理之后，对所述接触孔进行湿法清洗处理；
形成填充满所述接触孔的导电层。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀后处理的处理温度为85摄氏度至110摄氏度。
3.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀后处理的工艺参数为：向反应腔室内通入H2，H2流量为10sccm至500sccm，提供的偏置功率为100瓦至1000瓦，反应腔室压强为50毫托至200毫托。
4.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用氢等离子体以及氮等离子体进行所述第一刻蚀后处理；在所述第一过刻蚀后处理过程中，向反应腔室内通入H2和N2，其中N2流量为100sccm至1000sccm，H2流量为10sccm至500sccm。
5.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺与第一刻蚀后处理在同一反应腔室内进行。
6.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含氟聚合物杂质中还含有碳离子；在进行第一过刻蚀处理之后、进行湿法清洗处理之前，还包括步骤：采用氮等离子体对所述接触孔进行第二刻蚀后处理，去除含氟聚合物杂质中的碳离子。
7.根据权利要求6所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二刻蚀后处理的处理温度为85摄氏度至110摄氏度；在所述第二刻蚀后处理过程中，向反应腔室内通入N2。
8.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述底层金属层与介质层之间形成有刻蚀停止层；形成所述接触孔的工艺步骤包括：采用主刻蚀工艺沿开口刻蚀所述介质层，直至暴露出刻蚀停止层表面，在所述介质层内形成初始接触孔；去除所述图形层；接着采用第一过刻蚀工艺，刻蚀位于初始接触孔下方的部分厚度刻蚀停止层；然后采用第二过刻蚀工艺，继续刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层，直至暴露出底层金属层表面，形成所述接触孔。
9.根据权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在去除所述图形层之后、进行第二过刻蚀工艺之前，还包括步骤：采用氮等离子体，对所述初始接触孔侧壁表面以及刻蚀停止层表面进行第三刻蚀后处理。
10.根据权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三刻蚀后处理的处理温度为85摄氏度至110摄氏度；在第三刻蚀后处理过程中，向反应腔室内通入N2。
11.根据权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述主刻蚀工艺包括：先采用第一步主刻蚀工艺刻蚀部分厚度的介质层，然后继续采用第二步主刻蚀工艺刻蚀剩余部分厚度的介质层；其中，第一步主刻蚀工艺刻蚀形成的介质层侧壁与基底表面之间的夹角为88°至95°，第二步主刻蚀工艺刻蚀形成的介质层侧壁与基底表面之间的夹角为65°至85°。
12.根据权利要求11所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一步主刻蚀工艺的工艺参数为：源功率为1500瓦至3000瓦，偏置功率为2000瓦至4000瓦，源功率与偏置功率的比值为1至2，反应腔室压强为5毫托至40毫托，刻蚀气体包括CF4，还向刻蚀腔室内通入Ar，Ar流量为500sccm至1500sccm；所述第二步主刻蚀工艺的工艺参数为：源功率为500瓦至2000瓦，偏置功率为500瓦至2000瓦，源功率与偏置功率的比值为0.5至2，反应腔室压强为5毫托至40毫托，刻蚀气体包括CF4、CHF3或CH2F2，还向刻蚀腔室内通入He，He流量为100sccm至1000sccm。
13.根据权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料为氮化硅、掺碳氮化硅、碳化硅或氮氧化硅。
14.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述湿法清洗处理之前，还包括步骤：对所述接触孔进行Ar等离子体轰击，使接触孔侧壁处的介质层表面接触角减小。
15.根据权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述Ar等离子体轰击之前，接触孔侧壁处的介质层表面接触角为90°至110°；在所述Ar等离子体轰击之后，接触孔侧壁处的介质层表面接触角为65°至75°。
16.根据权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述Ar等离子体轰击的工艺参数为：处理温度为85摄氏度至110摄氏度，Ar流量为100sccm至1000sccm，反应腔室压强为100毫托至500毫托，提供偏置功率为100瓦至1000瓦。
17.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述湿法清洗处理的清洗液体为氢氟酸或双氧水溶液。
18.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述导电层的材料为TiN、Ti、Ta、TaN、WN、Cu、Al或W；所述图形层包括光刻胶层；所述底层金属层的材料为铜、钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽、氮化钨或金属硅化物。
19.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述底层金属层的顶部表面高于基底表面；或者，所述底层金属层顶部表面低于基底表面；或者，所述底层金属层顶部与基底表面齐平。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年02月21日向国家知识产权局提出了复审请求，同时修改了权利要求书（包括权利要求第1-18项），其中在独立权利要求1中增加了特征“所述底层金属层与介质层之间形成有刻蚀停止层；形成所述接触孔的工艺步骤包括：采用主刻蚀工艺沿开口刻蚀所述介质层，直至暴露出刻蚀停止层表面，在所述介质层内形成初始接触孔；去除所述图形层；接着采用第一过刻蚀工艺，刻蚀位于初始接触孔下方的部分厚度刻蚀停止层；然后采用第二过刻蚀工艺，继续刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层，直至暴露出底层金属层表面，形成所述接触孔”，同时删除了原权利要求8，并重新对权利要求排序。复审请求人认为：（1）在对比文件1中，底层105虽然设置在导电层102和第二介电层106之间，但其并非刻蚀停止层，即对比文件1中并未公开刻蚀停止层；（2）区别技术特征“所述底层金属层与介质层之间形成有刻蚀停止层；形成所述接触孔的工艺步骤包括：采用主刻蚀工艺沿开口刻蚀所述介质层，直至暴露出刻蚀停止层表面，在所述介质层内形成初始接触孔；去除所述图形层；接着采用第一过刻蚀工艺，刻蚀位于初始接触孔下方的部分厚度刻蚀停止层；然后采用第二过刻蚀工艺，继续刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层，直至暴露出底层金属层表面，形成所述接触孔”并不是本领域技术人员的公知常识。复审请求时新修改的权利要求书如下：
“1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供具有底层金属层的基底；
形成覆盖于所述基底表面以及底层金属层表面的介质层；
在所述介质层表面形成图形层，所述图形层内具有开口；
以所述图形层为掩膜，沿所述开口刻蚀所述介质层，直至暴露出底层金属层表面，在所述介质层内形成接触孔，所述接触孔内具有含氟聚合物杂质；
去除所述图形层；
采用氢等离子体对所述接触孔进行第一刻蚀后处理，去除所述含氟聚合物杂质中的氟离子；
在进行所述第一刻蚀后处理之后，对所述接触孔进行湿法清洗处理；
形成填充满所述接触孔的导电层；
所述底层金属层与介质层之间形成有刻蚀停止层；形成所述接触孔的工艺步骤包括：采用主刻蚀工艺沿开口刻蚀所述介质层，直至暴露出刻蚀停止层表面，在所述介质层内形成初始接触孔；去除所述图形层；接着采用第一过刻蚀工艺，刻蚀位于初始接触孔下方的部分厚度刻蚀停止层；然后采用第二过刻蚀工艺，继续刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层，直至暴露出底层金属层表面，形成所述接触孔。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀后处理的处理温度为85摄氏度至110摄氏度。
3.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀后处理的工艺参数为：向反应腔室内通入H2，H2流量为10sccm至500sccm，提供的偏置功率为100瓦至1000瓦，反应腔室压强为50毫托至200毫托。
4.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用氢等离子体以及氮等离子体进行所述第一刻蚀后处理；在所述第一过刻蚀后处理过程中，向反应腔室内通入H2和N2，其中N2流量为100sccm至1000sccm，H2流量为10sccm至500sccm。
5.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺与第一刻蚀后处理在同一反应腔室内进行。
6.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含氟聚合物杂质中还含有碳离子；在进行第一过刻蚀处理之后、进行湿法清洗处理之前，还包括步骤：采用氮等离子体对所述接触孔进行第二刻蚀后处理，去除含氟聚合物杂质中的碳离子。
7.根据权利要求6所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第二刻蚀后处理的处理温度为85摄氏度至110摄氏度；在所述第二刻蚀后处理过程中，向反应腔室内通入N2。
8.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在去除所述图形层之后、进行第二过刻蚀工艺之前，还包括步骤：采用氮等离子体，对所述初始接触孔侧壁表面以及刻蚀停止层表面进行第三刻蚀后处理。
9.根据权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第三刻蚀后处理的处理温度为85摄氏度至110摄氏度；在第三刻蚀后处理过程中，向反应腔室内通入N2。
10.根据权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述主刻蚀工艺包括：先采用第一步主刻蚀工艺刻蚀部分厚度的介质层，然后继续采用第二步主刻蚀工艺刻蚀剩余部分厚度的介质层；其中，第一步主刻蚀工艺刻蚀形成的介质层侧壁与基底表面之间的夹角为88°至95°，第二步主刻蚀工艺刻蚀形成的介质层侧壁与基底表面之间的夹角为65°至85°。
11.根据权利要求10所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一步主刻蚀工艺的工艺参数为：源功率为1500瓦至3000瓦，偏置功率为2000瓦至4000瓦，源功率与偏置功率的比值为1至2，反应腔室压强为5毫托至40毫托，刻蚀气体包括CF4，还向刻蚀腔室内通入Ar，Ar流量为500sccm至1500sccm；所述第二步主刻蚀工艺的工艺参数为：源功率为500瓦至2000瓦，偏置功率为500瓦至2000瓦，源功率与偏置功率的比值为0.5至2，反应腔室压强为5毫托至40毫托，刻蚀气体包括CF4、CHF3或CH2F2，还向刻蚀腔室内通入He，He流量为100sccm至1000sccm。
12.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料为氮化硅、掺碳氮化硅、碳化硅或氮氧化硅。
13.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述湿法清洗处理之前，还包括步骤：对所述接触孔进行Ar等离子体轰击，使接触孔侧壁处的介质层表面接触角减小。
14.根据权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述Ar等离子体轰击之前，接触孔侧壁处的介质层表面接触角为90°至110°；在所述Ar等离子体轰击之后，接触孔侧壁处的介质层表面接触角为65°至75°。
15.根据权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述Ar等离子体轰击的工艺参数为：处理温度为85摄氏度至110摄氏度，Ar流量为100sccm至1000sccm，反应腔室压强为100毫托至500毫托，提供偏置功率为100瓦至1000瓦。
16.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述湿法清洗处理的清洗液体为氢氟酸或双氧水溶液。
17.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述导电层的材料为TiN、Ti、Ta、TaN、WN、Cu、Al或W；所述图形层包括光刻胶层；所述底层金属层的材料为铜、钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽、氮化钨或金属硅化物。
18.根据权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述底层金属层的顶部表面高于基底表面；或者，所述底层金属层顶部表面低于基底表面；或者，所述底层金属层顶部与基底表面齐平。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年02月28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）本领域技术人员悉知，半导体后段工艺采用三明治结构，其中底层常被用作蚀刻停止层，对比文件1虽然没有明确提到，但是本领域技术人员可以认定底层能作为刻蚀停止层。（2）即便不能直接认定底层为刻蚀停止层，为了防止过刻蚀，本领域技术人员有动机在刻蚀过程中将底层用作刻蚀停止层。而采用两步刻蚀工艺来刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层为本领域惯用技术手段。因而坚持原驳回决定。
随后，专利复审委员会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。
决定的理由
审查文本的认定
复审请求人于2019年02月21日提交了权利要求书全文的修改替换页（包括权利求1-18项）。经审查，上述修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。
本复审决定依据的文本为：复审请求人于申请日2015年01月09日提交的说明书第1-123段、说明书附图图1-13、说明书摘要和摘要附图，以及2019年02月21日提交的权利要求第1-18项。
关于专利法第22条第3款规定的创造性
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，该区别技术特征没有被其他对比文件公开，也不属于本领域公知常识，且上述区别技术特征还使得权利要求的技术方案具备有益的技术效果，那么该项权利要求相对于已有的对比文件具备创造性。
本决定使用了驳回决定中的对比文件1和对比文件2，即：
对比文件1：US2006/0148243A1，公开日为2006年07月06日；
对比文件2：CN101452879A，公开日为2009年06月10日。
独立权利要求1
权利要求1要求保护一种半导体结构的形成方法，对比文件1公开了一种半导体结构的形成方法，并具体公开了（参见说明书第[0017]段-第[0027]段，附图6-11）：提供具有底层金属层102的基底100；形成覆盖于所述基底表面以及底层金属层102表面的介质层106；在所述介质层106表面形成图形层126，所述图形层126内具有开口；以所述图形层126为掩膜，沿所述开口刻蚀所述介质层106；去除所述图形层126；刻蚀直至暴露出底层金属层表面102（如附图10所示），在所述介质层106内形成接触孔，所述接触孔内具有含氟聚合物杂质133；采用氢等离子体134对所述接触孔进行第一刻蚀后处理，去除所述含氟聚合物杂质中的氟离子；在进行所述第一刻蚀后处理之后，对所述接触孔进行湿法清洗处理；形成填充满所述接触孔的导电层136。
权利要求1所要求保护的技术方案与对比文件1所公开的技术内容相比，其区别技术特征：（1）所述底层金属层与介质层之间形成有刻蚀停止层；（2）形成所述接触孔的工艺步骤包括：采用主刻蚀工艺沿开口刻蚀所述介质层，直至暴露出刻蚀停止层表面，在所述介质层内形成初始接触孔；去除所述图形层；接着采用第一过刻蚀工艺，刻蚀位于初始接触孔下方的部分厚度刻蚀停止层；然后采用第二过刻蚀工艺，继续刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层，直至暴露出底层金属层表面，形成所述接触孔。基于该区别技术特征（1）所确定的本发明实际解决的技术问题是：起到蚀刻停止作用，避免蚀刻工艺对底层金属层造成过蚀刻；基于该区别技术特征（2）所确定的本发明实际解决的技术问题是提高接触电阻均匀性和降低接触电阻。
对于区别技术特征（1），对比文件1公开了一种半导体结构的形成方法，其中（参见说明书第[0017]段-第[0027]段，附图6-11）具体披露了下述技术特征：通过第二蚀刻形成通路130，通过第三次蚀刻直到暴露导电层102。由此可见，对比文件1并没有将第二次和第三次蚀刻停止在底层105，不能直接毫无疑义地推出底层105为蚀刻停止层，并且底层105没有起到蚀刻停止的作用，并不能解决起到蚀刻停止作用，避免蚀刻工艺对底层金属层造成过蚀刻的问题。同时区别技术特征(1）也不属于本领域公知常识。且区别技术特征(1）还带来了有益的技术效果即起到蚀刻停止作用，避免蚀刻工艺对底层金属层造成过蚀刻。
对于区别技术特征（2），对比文件2没有公开上述区别技术特征（2），区别技术特征（2）也不属于本领域公知常识。且通过区别技术特征（2）的蚀刻方法可以提高接触电阻均匀性和降低接触电阻。
因此权利要求1的技术方案相对于对比文件1和本领域公知常识或者相对于对比文件1、对比文件2和本领域公知常识具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求2-18
权利要求2-18直接或间接引用了权利要求1，在权利要求1相对于对比文件1和本领域公知常识或者相对于对比文件1、对比文件2和本领域公知常识具备创造性时，权利要求2-18相对于对比文件1和本领域公知常识或者相对于对比文件1、对比文件2和本领域公知常识也具备创造性。
3、针对驳回决定和前置审查意见的评述
驳回决定和前置审查意见认为：（1）本领域技术人员悉知，半导体后段工艺采用三明治结构，其中底层常被用作蚀刻停止层，对比文件1虽然没有明确提到，但是本领域技术人员可以认定底层能作为刻蚀停止层。（2）即便不能直接认定底层为刻蚀停止层，为了防止过刻蚀，本领域技术人员有动机在刻蚀过程中将底层用作刻蚀停止层。而采用两步刻蚀工艺来刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层为本领域惯用技术手段
合议组认为：对比文件1公开了一种半导体结构的形成方法，其中（参见说明书第[0017]段-第[0027]段，附图6-11）具体披露了下述技术特征：通过第二蚀刻形成通路130，通过第三次蚀刻直到暴露导电层102。由此可见，对比文件1并没有将第二次和第三次蚀刻停止在底层105，不能直接毫无疑义地推出底层105为蚀刻停止层，并且底层105没有起到蚀刻停止的作用，并不能解决起到蚀刻停止作用，避免蚀刻工艺对底层金属层造成过蚀刻的问题。
对比文件2没有公开采用两步刻蚀工艺来刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层，该技术特征也不属于本领域公知常识。且通过采用两步刻蚀工艺来刻蚀初始接触孔下方的刻蚀停止层可以降低接触电阻。
至于本申请是否还存在其他缺陷，均留待后续程序继续审查。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年11月06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2015年01月09日提交的说明书第1-123段、说明书附图图1-13、说明书摘要、摘要附图，以及2019年02月21日提交的权利要求第1-18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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