试论半导体领域专利权利要求中的功能性描述

2007-01-19
文/北京集佳知识产权代理有限公司 穆建军

一、半导体领域简介

半导体领域广义上包括半导体制造技术领域和半导体集成电路设计技术领域。半导体制造技术领域涉及半导体材料、半导体材料的制造、半导体器件、半导体器件的制造、半导体器件的应用、半导体器件的封装和测试技术等。半导体集成电路设计技术领域主要涉及电路设计以及支持电路设计技术的软件平台和设计系统。

半导体制造技术是利用制造工艺，例如氧化、光刻、扩散、外延生长、掺杂、离子注入、退火、湿法蚀刻、干法蚀刻、化学机械研磨等工艺得到半导体器件；再利用封装工艺，例如引线键合、载带自动焊、芯片倒装、球形触点陈列、多芯片组件、外壳封装等得到具有特定电学功能的半导体集成电路（IC）产品，例如TFT晶体管、MOS、CMOS、DRAM、SRAM、ROM、EPROM、EEPROM等。这些IC产品广泛应用于电子电路、计算机、通信、电子商务等领域中。

二、半导体制造领域的专利技术分布特点

半导体制造领域的专利技术分布从技术本身的地位来划分，可分为核心技术与外围技术，例如浅沟槽隔离（STI）技术作为隔离手段是核心技术，而为了解决浅沟槽隔离制造过程的技术问题，例如漏电流问题、绝缘层平坦化和均匀性问题、热电子导致的穿透问题、沟槽宽度细化问题、含锗衬层以及衬底的低温处理问题等的技术可以作为STI技术的外围技术。

从技术方案的层次上来划分，又可以分为基本技术和衍生技术。例如双镶嵌技术（dual damascene）作为层间互连手段是基本技术，而via first和trench first等双镶嵌结构的刻蚀方法、双镶嵌结构加保护层等技术就可作为双镶嵌技术的衍生技术。再如，等离子反应室的激励线圈作为基本技术，那么线圈绕法的变种和变形就可作为衍生技术。

在半导体制造领域的专利中，专利请求保护的技术方案主要涉及以下几个方面：

1、产品或技术的品质改进。例如焊料凸块的改进，光刻技术的改进等；

2、工艺方法改进，包括工艺步骤的增加或减少；工艺步骤顺序的改变；反应物的增减；工艺条件（温度、压力、功率、时间、真空度）等的改变；反应气体的改变（包括种类、状态、流量）；工艺的组合优化和新工艺的采用等。

3、结构改进，包括层、区域以及层和区域之间的位置关系（例如相接、相邻、相容、相交）等的改变和形状的改变；组成层、区域的材料的改变；组成层、区域的材料中的掺杂的杂质的改变；杂质的种类、掺杂的量以及掺杂后所起的作用的改变等。

4、相应于结构改进的制造方法的改进，包括刻蚀（干法、湿法）；生长（氧化、淀积（CVD、PECVD）、溅射）；填充（HDP-CVD、PVD、LPCVD、SACVD、ALD）；光刻：掩膜组合、光刻胶的去除；平坦化（CMP）；扩散（掺杂、离子注入）；清洗（干法、湿法清洗）、灰化（ashing）等技术的改进。

三、半导体领域专利权利要求中的功能性描述

从前面的分析可知，半导体领域中关于器件的结构和制造工艺方法改进的发明创造是很常见的。在半导体领域专利申请文件的撰写中，由于涉及元器件和制造工艺较多，因此对于元器件来说，通常认为用元器件的结构特征及各个结构特征之间的位置或连接关系就可以将产品的技术特征限定清楚，不需要借助功能性限定；对于元器件的制造方法，需要用工艺步骤、工艺方法、工艺参数来限定，而不用功能性的描述。

专利法第二十六条第四款规定，权利要求书应当以说明书为依据，说明要求专利保护的范围。专利法实施细则第二十条第一款规定，权利要求书应当说明发明或者实用新型的技术特征，清楚和简要地表述请求保护的范围。新《审查指南》又指出，对于产品（包括装置和结构）权利要求来说，应当尽量避免使用功能或者效果特征来限定发明。但提出了例外的情况，即只有在某一技术特征无法用结构特征来限定，或者技术特征用结构特征限定不如用功能或效果特征来限定更为恰当，而且该功能或者效果能通过说明书中规定的实验或者操作或者所属技术领域的惯用手段直接和肯定地验证的情况下，使用功能或者效果特征来限定发明才可能是允许的。

在半导体制造领域中涉及工艺改进的发明创造非常普遍，工艺改进往往包括工艺步骤的增减和工艺步骤顺序的变化，以克服现有工艺的缺陷，改善所制造的器件的电学性能。在工艺改进的发明创造中，有些涉及器件结构的改变，但在很多情况下，方法得到的最终器件的结构并不发生改变。也就是说，利用发明的工艺方法与利用现有技术的工艺方法相比，得到的器件结构并没有发生变化，只是按照发明的工艺方法制造出来的器件在性能方面得到了改善。在这种情况下，在权利要求书中一般的做法往往是仅写出方法权利要求，而不撰写装置（器件）权利要求，原因就是装置（器件）并未改变。

笔者认为，权利要求书要服务于专利权的保护，权利要求书的撰写，尤其是半导体技术、信息网络技术和通信技术领域的发明创造专利申请文件权利要求书的撰写，不仅要分析技术方案的显性技术特征，更要注重挖掘技术方案的隐性技术特征，例如方法中的装置特征、方法中的系统特征、系统中的分系统特征、系统中的装置特征、装置中的功能模块特征等等，从方法、装置和系统等多个层面以不同的角度进行权利要求书的撰写，争取尽可能大的保护范围。在工艺方法改变而得到的最终器件结构并未发生改变的情况下，应当采用“结构+功能”的方式撰写出器件的权利要求。但要注意，所述器件并非发明的方法最终得到的器件，而是发明方法的工艺步骤与现有技术相比出现区别时的器件的结构，即器件的中间状态，因为这时的器件结构必然会起到方法特征所期望产生的技术效果。

例如，一种双镶嵌结构的制造方法，现有技术的做法是在形成通孔（via）和沟槽（trench）之后，刻蚀通孔底部以暴露出下层介质层中的金属铜导线，然后利用等离子体轰击铜导线表面以去除铜导线表面产生的氧化层。随后再生长金属黏附层和金属种子层，并在通孔和沟槽中填充金属。现有技术的缺陷在于当利用等离子体轰击铜导线表面时带电离子会在铜导线表面积累，严重时会导致介质层的击穿，从而影响器件性能。发明的工艺方法对现有技术的方法进行了改进，在形成通孔（via）和沟槽（trench）并刻蚀通孔底部露出铜导线之后，先在通孔和沟槽表面淀积一金属层，使整个半导体衬底表面具有导电性。然后再利用等离子体轰击铜导线表面以去除铜导线表面产生的氧化层。该方法的权利要求为：一种双镶嵌结构的制造方法，包括：提供一具有金属导线层的半导体衬底；在所述半导体基底上形成介质层，并在所述介质层中形成开口，所述开口底部露出所述金属导线层表面；在所述开口底部和侧壁沉积一金属层；利用等离子体去除金属导线层表面的氧化物……。该方法的有益效果是。当利用等离子体轰击金属导线层表面时，等离子体环境中局部的聚集电荷可通过导电的金属层扩散到其它区域，并与相反极性的电荷中和，从而使得整个等离子体环境尽可能处于电中性，消除了局部聚集电荷在所述金属导线层中的耦合现象，从而消除了耦合电流对栅氧的破坏，而且由于金属层首先沉积于介质层表面和通孔底部及侧壁，阻挡了等离子体对介质层的轰击，减小了对所述介质层的损伤破坏，有利于提高或保持所述介质层的击穿电压，提高了器件的稳定性。上述本发明方法执行过程中出现了通孔和沟槽表面具有金属层的器件中间结构，这一产生了上述发明方法改进所带来的一系列技术效果，是应该得到专利保护的。因此，在撰写权利要求时除了撰写一个方法权利要求之外，还撰写了一个器件的权利要求，即，一种半导体器件，包括：半导体衬底；所述半导体衬底具有金属导线层；以及形成于所述半导体基底上的介质层；在所述介质层中具有开口，所述开口的底部露出所述金属导线层表面；其特征在于：所述介质层、所述开口侧壁和底部覆盖有金属层，所述金属层用于在等离子体刻蚀时扩散所述等离子体刻蚀气体中的聚集电荷。这样撰写的权利要求不但能够突出方法特征的技术效果，而且弥补了权利要求书整体布局中的不足。

需要说明的是，对于权利要求中所包含的功能性限定的技术特征，应当得到说明书的支持，符合专利申请文件撰写的三原则和金字塔原理。使权利要求中限定的功能能够以说明书实施例中记载的方式实现，并且所属技术领域的技术人员能够明了此功能还可以采用说明书中未提到的其他替代方式来完成，或者所属技术领域的技术人员确信该功能性限定能够解决发明所要解决的技术问题，并达到相同的技术效果。

　

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