发明创造名称：一种电感耦合等离子体干法刻蚀砷化镓背孔工艺
外观设计名称：
决定号：201119
决定日：2020-01-16
委内编号：1F276216
优先权日：
申请（专利）号：201610253584.2
申请日：2016-04-22
复审请求人：杭州立昂东芯微电子有限公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：韩冰
合议组组长：树奇
参审员：赵慧
国际分类号：H01L21/3065
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求与最接近的现有技术之间存在多个区别技术特征，但该区别技术特征或者是本领域的惯用技术手段，或者是本领域技术人员在该最接近的现有技术公开内容的基础上容易想到的，且二者所获得的技术效果也基本一致，则该权利要求相对于该最接近的现有技术与本领域公知常识的结合不具有突出的实质性特点，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610253584.2，名称为“一种电感耦合等离子体干法刻蚀砷化镓背孔工艺”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为杭州立昂东芯微电子有限公司，申请日为2016年04月22日，公开日为2016年08月17日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2018年12月12日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1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2016年04月22日提交的说明书摘要、说明书第1-5页；2018年09月12日提交的权利要求第1项。驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 一种电感耦合等离子体干法刻蚀砷化镓背孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将已完成正面器件工艺加工的III-V族砷化镓半导体基片正面朝下粘附在蓝宝石载体上进行机械减薄及化学湿法刻蚀，机械减薄厚度为120μm；
（2）利用旋涂法在III-V族砷化镓半导体基片背面涂上光刻胶并进行固化热处理形成光刻胶掩膜，光刻胶的涂覆厚度为20μm；
（3）在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，将设计的背孔图形转移复印在III-V族砷化镓背面的光刻胶掩膜上；
（4）利用Plasma-Therm的Versalock 电感耦合等离子体干法刻蚀机进行背孔刻蚀，之后去除光刻胶并进行表面清洁处理即可，所得背孔顶部孔径为100μm，底部孔径为70μm，背孔刻蚀深度与宽度比为1：2，背孔截面为上大下小为倒等腰梯形；其中干法刻蚀的工艺参数为：反应气体Ar/Cl2/BCl3，其中 Cl2所占的体积百分比为80%，气压：25mTorr，反应气体总流量：450sccm，电感耦合功率：1300W，射频偏压功率：150W。”
驳回决定引用了以下对比文件：
对比文件1：“GaAs backside via-hole etching using ICP system”，WANG HaiLing等，Sci. China Ser. E-Tech. Sci.，第50卷，第6期，第749-754页，2007年12月31日；
对比文件2：US2003/0216034A1，公开日为2003年11月20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：（1）将已完成正面器件工艺加工的III-V族砷化镓半导体基片正面朝下粘附在蓝宝石载体上进行机械减薄及化学湿法刻蚀，机械减薄厚度为120μm；（2）利用旋涂法在III-V族砷化镓半导体基片背面涂上光刻胶并进行固化热处理形成光刻胶掩膜，光刻胶的涂覆厚度为20μm；（3）在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，将设计的背孔图形转移复印在III-V族砷化镓背面的光刻胶掩膜上；（4）利用Plasma-Therm的Versalock 电感耦合等离子体干法刻蚀机进行背孔刻蚀，之后去除光刻胶并进行表面清洁处理即可，所得背孔顶部孔径为100μm，底部孔径为70μm，背孔刻蚀深度与宽度比为1：2，背孔截面为上大下小为倒等腰梯形；其中干法刻蚀的工艺参数为：反应气体Ar/Cl2/BCl3，其中 Cl2所占的体积百分比为80%，气压：25mTorr，反应气体总流量：450sccm，电感耦合功率：1300W，射频偏压功率：150W。基于上述区别技术特征可以确定本申请实际解决的技术问题是：如何减薄砷化镓半导体基片以及减少支柱缺陷的形成。区别技术特征（1）-（3）是本领域的常用技术手段或常规选择，区别技术特征（4）部分是本领域的常用技术手段或常规选择，部分是在对比文件2给出的技术启示下容易想到的。权利要求1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13日向国家知识产权局提出了复审请求，同时按照说明书记载的实施例3修改了权利要求1。复审请求时新修改的权利要求书内容如下：
“1. 一种电感耦合等离子体干法刻蚀砷化镓背孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）将已完成正面器件工艺加工的III-V族砷化镓半导体基片正面朝下粘附在蓝宝石载体上进行机械减薄及化学湿法刻蚀，机械减薄厚度为120μm；
（2）利用旋涂法在III-V族砷化镓半导体基片背面涂上光刻胶并进行固化热处理形成光刻胶掩膜，光刻胶的涂覆厚度为20μm；
（3）在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，将设计的背孔图形转移复印在III-V族砷化镓背面的光刻胶掩膜上；
（4）利用Plasma-Therm的Versalock 电感耦合等离子体干法刻蚀机进行背孔刻蚀，之后去除光刻胶并进行表面清洁处理即可，所得背孔顶部孔径为100μm，底部孔径为70μm，背孔刻蚀深度与宽度比为1：2，其中干法刻蚀的工艺参数为：反应气体Ar/Cl2/BCl3，其中 Cl2所占的体积百分比为80%，气压：25mTorr，反应气体总流量：450sccm，电感耦合功率：1300W，射频偏压功率：150W。”
复审请求人认为：本申请实际所要解决的技术问题是如何大幅提高刻蚀速率以迅速提高产能并同时提高刻蚀背孔质量。本申请Cl2所用流量为450sccm×80%=360sccm，是对比文件1和对比文件2的4.5倍。通过确定“干法刻蚀的工艺参数为：反应气体Ar/Cl2/BCl3，其中 Cl2所占的体积百分比为80%，气压：25mTorr，反应气体总流量：450sccm，电感耦合功率：1300W，射频偏压功率：150W”，可以提高砷化镓半导体背孔电感耦合等离子体干法刻蚀速率；提高背孔侧壁形貌，降低背孔底部微米级支柱缺陷。现有的电感耦合等离子体砷化镓背孔刻蚀工艺在刻蚀深度达到100μm 以上，综合满足在150mm尺寸的砷化镓基板上，背孔刻蚀侧壁形貌平滑，零缺陷，高刻蚀选择（～10）比及高刻蚀速率（6～7μm/min）适用于大规模量产的高质量背孔刻蚀工艺并没有确切详细的报道。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年03月25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25日向复审请求人发出复审通知书，其中引用了驳回决定的对比文件2，指出：权利要求1相对于对比文件2和本领域公知常识的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对复审请求人的意见，合议组认为：对比文件2中同样是采用高Cl2流量，其Cl2所用流量与本申请的相接近。对比文件2同样是针对提高ICP干法刻蚀速率、并同时提高刻蚀背孔质量（光滑的倾斜孔壁、降低微米级支柱缺陷）的问题而给出的解决方案，其在150mm尺寸的砷化镓晶片上ICP干法刻蚀深度达到100μm的通孔，获得了大于6微米/分钟的蚀刻速度、且在整个晶片表面之上实质上无柱状体的技术效果。可见，对比文件2作为现有技术已经公开了本申请所要解决的技术问题，并且获得与本申请同样的技术效果。对于具体的蚀刻工艺参数，对比文件2已经指出了微米级支柱缺陷的形成、刻蚀速率与反应气体流量、气压、ICP功率、RF偏压功率存在关联，其蚀刻采用高Cl2流速、高ICP功率、低RF偏压以提高刻蚀速率、降低支柱缺陷密度，其公开的具体蚀刻工艺条件与权利要求1限定的工艺条件相接近，本领域技术人员根据对比文件2公开的内容，从降低支柱缺陷密度、提高刻蚀速率的目的出发，通过有限的常规试验容易确定合适的可替代蚀刻工艺参数，不需要付出创造性的劳动。
复审请求人于2019年08月02日提交了意见陈述书和修改后的权利要求书，其中在权利要求1中补入技术特征“刻蚀速率控制在6～7μm/min”，修改后的权利要求1内容如下：
“1. 一种电感耦合等离子体干法刻蚀砷化镓背孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将已完成正面器件工艺加工的III-V族砷化镓半导体基片正面朝下粘附在蓝宝石载体上进行机械减薄及化学湿法刻蚀，机械减薄厚度为120μm；
（2）利用旋涂法在III-V族砷化镓半导体基片背面涂上光刻胶并进行固化热处理形成光刻胶掩膜，光刻胶的涂覆厚度为20μm；
（3）在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，将设计的背孔图形转移复印在III-V族砷化镓背面的光刻胶掩膜上；
（4）利用Plasma-Therm的Versalock 电感耦合等离子体干法刻蚀机进行背孔刻蚀，之后去除光刻胶并进行表面清洁处理即可，所得背孔顶部孔径为100μm，底部孔径为70μm，背孔刻蚀深度与宽度比为1：2，其中干法刻蚀的工艺参数为：反应气体Ar/Cl2/BCl3，其中 Cl2所占的体积百分比为80%，气压：25mTorr，反应气体总流量：450sccm，电感耦合功率：1300W，射频偏压功率：150W；刻蚀速率控制在6～7μm/min。”
复审请求人认为：权利要求1与对比文件2相比，
（1）刻蚀工艺参数整体不同，干法刻蚀反应气体组合不同：本申请：Ar/Cl2/BCl3；对比文件2：BCl3/Cl2或Ar/Cl2或SiCl4/C12。权利要求1的技术方案是一个整体，其中各步骤及工艺参数相互关联协同才能获得本申请的技术效果。对比文件2是基于“化学刻蚀与钝化”之间的平衡作为出发点的设计，采用对比文件2的反应气体体系，参数过于敏感，抗干扰能力弱，稳定性差。本申请说明书[0009]段记载了以下机理“离子对刻蚀表面的撞击，可辅助低挥发性的刻蚀副产物从刻蚀表面解吸附并释放，从而消除刻蚀背孔底部微米级支柱缺陷的形成”，对比文件2并没有公开或给出采用上述机理的技术启示。对比文件2只是公开了本申请干法刻蚀反应气体体系中的部分组分，但其并未给出任何可以组合的技术启示。
（2）射频偏压功率的设计思路不同，对设备及控制系统的要求不同：本申请对设备无特殊要求，且限定固定的射频偏压功率150W；对比文件2需要对设备进行改进，限定特殊的硬件及软件设备，额外添加电感耦合等离子限制环；且限定“不同阶段逐步变化”的偏压功率。对比文件2与本申请的机理不同，两者实现发明目的的技术方案也完全不同。本申请中气压增加至25 mT，是对比文件2的两倍。
（3）刻蚀速率不同：本申请限定特定的刻蚀速率6～7μm/min；对比文件2的刻蚀速率9μm/min。
（4）本申请限定了背孔刻蚀前晶圆表面的加工工艺采用化学湿法刻蚀，对比文件2不涉及前加工工艺。
（5）技术效果不同，砷化镓背孔的形貌不同。
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
审查文本的认定
复审请求人在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款和专利法第33条规定。本复审请求审查决定针对的文本为：复审请求人于申请日2016年04月22日提交的说明书摘要、说明书第1-5页；2019年08月02日提交的权利要求第1项。
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。
如果一项权利要求与最接近的现有技术之间存在多个区别技术特征，但该区别技术特征或者是本领域的惯用技术手段，或者是本领域技术人员在该最接近的现有技术公开内容的基础上容易想到的，且二者所获得的技术效果也基本一致，则该权利要求相对于该最接近的现有技术与本领域公知常识的结合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在评价创造性时所引用的对比文件与复审通知书中引用的对比文件相同，即驳回决定中的对比文件2：
对比文件2：US2003/0216034A1，公开日为2003年11月20日。
权利要求1请求保护一种电感耦合等离子体干法刻蚀砷化镓背孔工艺。对比文件2公开了一种电感耦合等离子体干法刻蚀砷化镓背孔的方法，并具体公开了（参见说明书第[0005]-[0011]、[0026]-[0049]段，附图1-8）：在完成正面处理之后，将砷化镓晶片表面朝下安装在蓝宝石载体上并机械研磨减薄至大约100微米的厚度，然后，利用光刻胶构图（对应于光刻胶掩膜，其中必然包括“在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，将设计的背孔图形转移复印在III-V族砷化镓背面的光刻胶掩膜上”的步骤）晶片的背面，并通过减薄的衬底等离子体蚀刻通孔、停止在正面的金属上，电感耦合等离子体干法蚀刻采用低偏置RF蚀刻激发等离子体，减少蚀刻气体的滞留时间并提高感应耦合等离子体源的功率以限制柱状体形成。反应气体BCl3/Cl2，Ar溅射预蚀刻来进行初始蚀刻，此物理蚀刻能够去除挥发性和非挥发性蚀刻产物，BCl3能有效清除自然氧化层；引入高流量的Cl2，提高反应气体总流量来减少反应腔内反应物的滞留时间以降低Cl反应物的利用率来保证刻蚀表面有充足Cl反应物以减少微米级支柱缺陷的形成；将较高的处理气体气流引入反应室以减少滞留时间。蚀刻采用高Cl2流速、高ICP功率、低RF偏压以导致较低的柱状体密度。构图40微米直径、100微米深通孔的具体的蚀刻工艺的条件可以为：
BCl3 25sccm
Cl2 500sccm
压力 12mTorr
ICP功率 1200W
RF偏置 170W；
在9微米/分钟的蚀刻速度、对光刻胶的选择性比＞13∶1下蚀刻晶片，且在整个晶片表面之上实质上无柱状体。之后去除光刻胶，从附图1可以看出所形成通孔截面为上大下小的倒等腰梯形。
权利要求1请求保护的技术方案与对比文件2相比，区别技术特征为：（1）减薄包括化学湿法刻蚀，机械减薄厚度为120μm；利用旋涂法涂上光刻胶并进行固化热处理形成光刻胶掩膜，光刻胶的涂覆厚度为20μm；利用Plasma-Therm的Versalock 电感耦合等离子体干法刻蚀机，之后进行表面清洁处理；（2）所得背孔顶部孔径为100μm，底部孔径为70μm，背孔刻蚀深度与宽度比为1：2；干法刻蚀的工艺参数为：反应气体Ar/Cl2/BCl3，其中 Cl2所占的体积百分比为80%，气压：25mTorr，反应气体总流量：450sccm，电感耦合功率：1300W，射频偏压功率：150W；刻蚀速率控制在6～7μm/min。基于上述区别技术特征可以确定权利要求1实际解决的技术问题是：如何减薄砷化镓半导体基片；提供一种ICP刻蚀形成背孔的可替代工艺参数，以实现同样的减少背孔底部微米级支柱缺陷以及提高刻蚀速度的效果。
对于区别技术特征（1），化学机械研磨（CMP）是本领域对晶片进行减薄的惯用技术手段，该减薄包括化学湿法刻蚀，对比文件2已经公开了机械研磨减薄至大约100微米的厚度，在此基础上，机械减薄厚度具体为120μm是本领域技术人员的常规选择，该选择也未带来任何预料不到的技术效果。利用旋涂法涂上光刻胶并进行固化热处理形成光刻胶掩膜是本领域形成光刻胶掩膜图案的惯用技术手段，光刻胶的涂覆厚度为20μm也是本领域技术人员的惯常使用的光刻胶的厚度范围。Plasma-Therm的Versalock 电感耦合等离子体干法刻蚀机是本领域常用的电感耦合等离子体干法刻蚀机，刻蚀之后去除光刻胶后进行表面清洁处理也是本领域的常用技术手段。
对于上述区别技术特征（2），对于反应气体，对比文件2已经公开了干法蚀刻工艺反应气体为BCl3/Cl2，或者是Ar/Cl2，Ar溅射预蚀刻来进行初始蚀刻，此物理蚀刻能够去除挥发性和非挥发性蚀刻产物，在此基础上，反应气体为Ar/Cl2/BCl3是本领域技术人员根据需要的常规选择。对于其他蚀刻工艺参数，对比文件2已经公开了减少微米级支柱缺陷的形成、提高刻蚀速率的技术问题，并且指出了微米级支柱缺陷的形成、刻蚀速率与反应气体流量、气压、ICP功率、RF偏压功率存在关联，其蚀刻采用高Cl2流速、高ICP功率、低RF偏压以降低支柱缺陷密度。对比文件2公开的具体蚀刻工艺条件与权利要求1限定的工艺条件相接近，并且获得了9微米/分钟的蚀刻速度、在整个晶片表面之上实质上无柱状体的技术效果。本领域技术人员根据对比文件2公开的内容，从降低支柱缺陷密度、提高刻蚀速率的目的出发，通过有限的常规试验容易确定其他合适的蚀刻工艺参数，不需要付出创造性的劳动。此外，对于通孔的尺寸本领域技术人员可以根据实际需要进行设计，不需要付出创造性的劳动。对于刻蚀速率，对比文件2的实施例中获得了9微米/分钟的蚀刻速度，同时对比文件2的其他部分公开了（说明书第[0026]段）：能够获得>6微米/分钟高的蚀刻速度。可见，对比文件2的其他部分公开了增加的技术特征“刻蚀速率控制在6～7μm/min”，并且作用都是用于提供一种可替代的高的刻蚀速度。
因此，在对比文件2的基础上结合本领域的公知常识以获得权利要求1请求保护的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的，权利要求1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。
对复审请求人相关意见的评述
针对复审请求人的意见陈述，合议组认为：
（1）在权利要求1创造性的评述中并未将具有相互关联协同作用的相关技术特征进行拆分，对于刻蚀工艺参数是作为一个整体看待的，参见权利要求1评述中的区别技术特征（2），而仅仅对并无相互作用关系的技术特征进行了拆分。对比文件2中整体的刻蚀工艺参数（反应气体BCl3/Cl2，其中 BCl3 25sccm，Cl2 500sccm，气压：12mTorr，反应气体总流量：525sccm，ICP功率 1200W，RF偏置170W）与本申请相接近，所获得的技术效果（提高刻蚀速率>6微米/分钟，提高倾斜孔壁的光滑度，消除微米级支柱缺陷的形成）也类似。对于所采用的反应气体，对比文件2已经公开了干法蚀刻工艺反应气体为BCl3/Cl2，或者是Ar/Cl2，Ar溅射预蚀刻来进行初始蚀刻，此物理蚀刻能够去除挥发性和非挥发性蚀刻产物。这与本申请记载的“离子对刻蚀表面的撞击，可辅助低挥发性的刻蚀副产物从刻蚀表面解吸附并释放，从而消除刻蚀背孔底部微米级支柱缺陷的形成”技术效果一致。在对比文件2公开上述内容的基础上，将具有消除蚀刻产物的Ar加入到反应气体中，使得在刻蚀过程中即时消除挥发性和非挥发性蚀刻产物是本领域技术人员容易想到的，这是本领域惯常的刻蚀气体的组合方式。对于复审请求人所陈述的“对比文件2的反应气体体系，参数过于敏感，抗干扰能力弱，稳定性差”并没有相关的数据支持，该理由不能成立。
（2）首先，本申请权利要求1采用开放式的撰写形式，即并不排除其技术方案包括步骤（1）-（4）之外的其他步骤。因此，复审请求人所陈述的对比文件2采用“不同阶段逐步变化”的偏压功率并不能构成与权利要求1的区别特征。同时，对比文件2中的步骤2为蚀刻至最终深度，步骤2是蚀刻的主要步骤，步骤1的蚀刻开始是对方法的进一步优化，通过在不同电平之间的RF偏置电压的跳变消除了因为偏置电压中的快速改变引起的电压尖峰带来的柱状体形成。
其次，根据本申请说明书的记载（参见说明书第[0005]、[0009]段），本申请所要解决的技术问题是：提高刻蚀速率以及提高刻蚀背孔质量。为解决上述技术问题所采用的关键技术手段在于：控制反应气体的压力在8-25mTorr；增加反应气体的总流量，以此减少反应物在半导体基片上的滞留时间，反应气体总流量为100-450sccm；增加刻蚀表面可参加反应的Cl自由基的浓度，反应气体中 Cl2的体积百分比：20～80%，电感耦合电源的功率600～1300W；射频偏压功率：50 -150 W。对比文件2所要解决的技术问题是：提高刻蚀速率以及减少微米级支柱缺陷的形成。对比文件2所采用的关键技术手段在于：减少蚀刻气体的滞留时间并提高感应耦合等离子体源的功率，采用高Cl2流速、高ICP功率、低RF偏压，可见，从解决的技术问题和所采用的关键技术手段上看，对比文件2与本申请是一致的，二者的发明构思基本相同，所达到的技术效果也基本相同。
再次，本申请的说明书记载了反应气体的压力在8-25mTorr均可解决本申请的技术问题，权利要求1的气压25mTorr相对于对比文件2中的气压为12mTorr并未取得任何预料不到的技术效果，并且，本领域技术人员可以了解，对比文件2中的12mTorr仅仅是一具体的实施方式，并不是对气压的绝对的限制，本领域技术人员完全可以根据需要对气压进行相应的调整，以获得基本相同的技术效果。
（3）本领域公知，刻蚀速率越高越有利于提高产能，对比文件2实施例中的9μm/min在刻蚀速率方面是优于本申请的，并且对比文件2的其他部分（说明书第[0026]段）也公开了其方法能够获得大于6μm/min高的蚀刻速度。
（4）对比文件2并不是如复审请求人所陈述的不涉及前加工工艺，其公开了（说明书第[0006]段）：将砷化镓晶片表面朝下安装在蓝宝石载体上并机械研磨减薄至大约100微米的厚度。而化学湿法刻蚀是本领域公知的技术手段，并且本申请的说明书也记载了（参见说明书第[0006]段）“机械减薄与化学湿法刻蚀均为本技术领域的常规技术手段”，本申请说明书并未记载用化学刻蚀做孔刻蚀前处理的相关技术效果，复审请求人所陈述的“用化学刻蚀做孔刻蚀前处理也是本技术的核心点”合议组不予认可。
（5）对比文件2同样是针对提高ICP干法刻蚀速率、并同时提高砷化镓刻蚀背孔质量（光滑的倾斜孔壁、降低微米级支柱缺陷）的问题而给出的解决方案，本申请并未给出有关背孔的形貌的表征，复审请求人所陈述的本申请相对于对比文件2背孔侧壁形貌光滑度高的技术效果合议组不予认可。
综上，修改后的权利要求1不具备创造性。
基于以上事实和理由，合议组现作出以下审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年12月12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决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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