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試論半導體領域專利權利要求中的功能性描述
2007-01-19文/北京集佳知識產權代理有限公司 穆建軍
一、半導體領域簡介
半導體領域廣義上包括半導體制造技術領域和半導體集成電路設計技術領域。半導體制造技術領域涉及半導體材料、半導體材料的制造、半導體器件、半導體器件的制造、半導體器件的應用、半導體器件的封裝和測試技術等。半導體集成電路設計技術領域主要涉及電路設計以及支持電路設計技術的軟件平臺和設計系統。
半導體制造技術是利用制造工藝，例如氧化、光刻、擴散、外延生長、摻雜、離子注入、退火、濕法蝕刻、干法蝕刻、化學機械研磨等工藝得到半導體器件；再利用封裝工藝，例如引線鍵合、載帶自動焊、芯片倒裝、球形觸點陳列、多芯片組件、外殼封裝等得到具有特定電學功能的半導體集成電路（IC）產品，例如TFT晶體管、MOS、CMOS、DRAM、SRAM、ROM、EPROM、EEPROM等。這些IC產品廣泛應用于電子電路、計算機、通信、電子商務等領域中。
二、半導體制造領域的專利技術分布特點
半導體制造領域的專利技術分布從技術本身的地位來劃分，可分為核心技術與外圍技術，例如淺溝槽隔離（STI）技術作為隔離手段是核心技術，而為了解決淺溝槽隔離制造過程的技術問題，例如漏電流問題、絕緣層平坦化和均勻性問題、熱電子導致的穿透問題、溝槽寬度細化問題、含鍺襯層以及襯底的低溫處理問題等的技術可以作為STI技術的外圍技術。
從技術方案的層次上來劃分，又可以分為基本技術和衍生技術。例如雙鑲嵌技術（dual damascene）作為層間互連手段是基本技術，而via first和trench first等雙鑲嵌結構的刻蝕方法、雙鑲嵌結構加保護層等技術就可作為雙鑲嵌技術的衍生技術。再如，等離子反應室的激勵線圈作為基本技術，那么線圈繞法的變種和變形就可作為衍生技術。
在半導體制造領域的專利中，專利請求保護的技術方案主要涉及以下幾個方面：
1、產品或技術的品質改進。例如焊料凸塊的改進，光刻技術的改進等；
2、工藝方法改進，包括工藝步驟的增加或減少；工藝步驟順序的改變；反應物的增減；工藝條件（溫度、壓力、功率、時間、真空度）等的改變；反應氣體的改變（包括種類、狀態、流量）；工藝的組合優化和新工藝的采用等。
3、結構改進，包括層、區域以及層和區域之間的位置關系（例如相接、相鄰、相容、相交）等的改變和形狀的改變；組成層、區域的材料的改變；組成層、區域的材料中的摻雜的雜質的改變；雜質的種類、摻雜的量以及摻雜后所起的作用的改變等。
4、相應于結構改進的制造方法的改進，包括刻蝕（干法、濕法）；生長（氧化、淀積（CVD、PECVD）、濺射）；填充（HDP-CVD、PVD、LPCVD、SACVD、ALD）；光刻：掩膜組合、光刻膠的去除；平坦化（CMP）；擴散（摻雜、離子注入）；清洗（干法、濕法清洗）、灰化（ashing）等技術的改進。
三、半導體領域專利權利要求中的功能性描述
從前面的分析可知，半導體領域中關于器件的結構和制造工藝方法改進的發明創造是很常見的。在半導體領域專利申請文件的撰寫中，由于涉及元器件和制造工藝較多，因此對于元器件來說，通常認為用元器件的結構特征及各個結構特征之間的位置或連接關系就可以將產品的技術特征限定清楚，不需要借助功能性限定；對于元器件的制造方法，需要用工藝步驟、工藝方法、工藝參數來限定，而不用功能性的描述。
專利法第二十六條第四款規定，權利要求書應當以說明書為依據，說明要求專利保護的范圍。專利法實施細則第二十條第一款規定，權利要求書應當說明發明或者實用新型的技術特征，清楚和簡要地表述請求保護的范圍。新《審查指南》又指出，對于產品（包括裝置和結構）權利要求來說，應當盡量避免使用功能或者效果特征來限定發明。但提出了例外的情況，即只有在某一技術特征無法用結構特征來限定，或者技術特征用結構特征限定不如用功能或效果特征來限定更為恰當，而且該功能或者效果能通過說明書中規定的實驗或者操作或者所屬技術領域的慣用手段直接和肯定地驗證的情況下，使用功能或者效果特征來限定發明才可能是允許的。
在半導體制造領域中涉及工藝改進的發明創造非常普遍，工藝改進往往包括工藝步驟的增減和工藝步驟順序的變化，以克服現有工藝的缺陷，改善所制造的器件的電學性能。在工藝改進的發明創造中，有些涉及器件結構的改變，但在很多情況下，方法得到的最終器件的結構并不發生改變。也就是說，利用發明的工藝方法與利用現有技術的工藝方法相比，得到的器件結構并沒有發生變化，只是按照發明的工藝方法制造出來的器件在性能方面得到了改善。在這種情況下，在權利要求書中一般的做法往往是僅寫出方法權利要求，而不撰寫裝置（器件）權利要求，原因就是裝置（器件）并未改變。
筆者認為，權利要求書要服務于專利權的保護，權利要求書的撰寫，尤其是半導體技術、信息網絡技術和通信技術領域的發明創造專利申請文件權利要求書的撰寫，不僅要分析技術方案的顯性技術特征，更要注重挖掘技術方案的隱性技術特征，例如方法中的裝置特征、方法中的系統特征、系統中的分系統特征、系統中的裝置特征、裝置中的功能模塊特征等等，從方法、裝置和系統等多個層面以不同的角度進行權利要求書的撰寫，爭取盡可能大的保護范圍。在工藝方法改變而得到的最終器件結構并未發生改變的情況下，應當采用“結構+功能”的方式撰寫出器件的權利要求。但要注意，所述器件并非發明的方法最終得到的器件，而是發明方法的工藝步驟與現有技術相比出現區別時的器件的結構，即器件的中間狀態，因為這時的器件結構必然會起到方法特征所期望產生的技術效果。
例如，一種雙鑲嵌結構的制造方法，現有技術的做法是在形成通孔（via）和溝槽（trench）之后，刻蝕通孔底部以暴露出下層介質層中的金屬銅導線，然后利用等離子體轟擊銅導線表面以去除銅導線表面產生的氧化層。隨后再生長金屬黏附層和金屬種子層，并在通孔和溝槽中填充金屬。現有技術的缺陷在于當利用等離子體轟擊銅導線表面時帶電離子會在銅導線表面積累，嚴重時會導致介質層的擊穿，從而影響器件性能。發明的工藝方法對現有技術的方法進行了改進，在形成通孔（via）和溝槽（trench）并刻蝕通孔底部露出銅導線之后，先在通孔和溝槽表面淀積一金屬層，使整個半導體襯底表面具有導電性。然后再利用等離子體轟擊銅導線表面以去除銅導線表面產生的氧化層。該方法的權利要求為：一種雙鑲嵌結構的制造方法，包括：提供一具有金屬導線層的半導體襯底；在所述半導體基底上形成介質層，并在所述介質層中形成開口，所述開口底部露出所述金屬導線層表面；在所述開口底部和側壁沉積一金屬層；利用等離子體去除金屬導線層表面的氧化物……。該方法的有益效果是。當利用等離子體轟擊金屬導線層表面時，等離子體環境中局部的聚集電荷可通過導電的金屬層擴散到其它區域，并與相反極性的電荷中和，從而使得整個等離子體環境盡可能處于電中性，消除了局部聚集電荷在所述金屬導線層中的耦合現象，從而消除了耦合電流對柵氧的破壞，而且由于金屬層首先沉積于介質層表面和通孔底部及側壁，阻擋了等離子體對介質層的轟擊，減小了對所述介質層的損傷破壞，有利于提高或保持所述介質層的擊穿電壓，提高了器件的穩定性。上述本發明方法執行過程中出現了通孔和溝槽表面具有金屬層的器件中間結構，這一產生了上述發明方法改進所帶來的一系列技術效果，是應該得到專利保護的。因此，在撰寫權利要求時除了撰寫一個方法權利要求之外，還撰寫了一個器件的權利要求，即，一種半導體器件，包括：半導體襯底；所述半導體襯底具有金屬導線層；以及形成于所述半導體基底上的介質層；在所述介質層中具有開口，所述開口的底部露出所述金屬導線層表面；其特征在于：所述介質層、所述開口側壁和底部覆蓋有金屬層，所述金屬層用于在等離子體刻蝕時擴散所述等離子體刻蝕氣體中的聚集電荷。這樣撰寫的權利要求不但能夠突出方法特征的技術效果，而且彌補了權利要求書整體布局中的不足。
需要說明的是，對于權利要求中所包含的功能性限定的技術特征，應當得到說明書的支持，符合專利申請文件撰寫的三原則和金字塔原理。使權利要求中限定的功能能夠以說明書實施例中記載的方式實現，并且所屬技術領域的技術人員能夠明了此功能還可以采用說明書中未提到的其他替代方式來完成，或者所屬技術領域的技術人員確信該功能性限定能夠解決發明所要解決的技術問題，并達到相同的技術效果。
一、半導體領域簡介
半導體領域廣義上包括半導體制造技術領域和半導體集成電路設計技術領域。半導體制造技術領域涉及半導體材料、半導體材料的制造、半導體器件、半導體器件的制造、半導體器件的應用、半導體器件的封裝和測試技術等。半導體集成電路設計技術領域主要涉及電路設計以及支持電路設計技術的軟件平臺和設計系統。
半導體制造技術是利用制造工藝，例如氧化、光刻、擴散、外延生長、摻雜、離子注入、退火、濕法蝕刻、干法蝕刻、化學機械研磨等工藝得到半導體器件；再利用封裝工藝，例如引線鍵合、載帶自動焊、芯片倒裝、球形觸點陳列、多芯片組件、外殼封裝等得到具有特定電學功能的半導體集成電路（IC）產品，例如TFT晶體管、MOS、CMOS、DRAM、SRAM、ROM、EPROM、EEPROM等。這些IC產品廣泛應用于電子電路、計算機、通信、電子商務等領域中。
二、半導體制造領域的專利技術分布特點
半導體制造領域的專利技術分布從技術本身的地位來劃分，可分為核心技術與外圍技術，例如淺溝槽隔離（STI）技術作為隔離手段是核心技術，而為了解決淺溝槽隔離制造過程的技術問題，例如漏電流問題、絕緣層平坦化和均勻性問題、熱電子導致的穿透問題、溝槽寬度細化問題、含鍺襯層以及襯底的低溫處理問題等的技術可以作為STI技術的外圍技術。
從技術方案的層次上來劃分，又可以分為基本技術和衍生技術。例如雙鑲嵌技術（dual damascene）作為層間互連手段是基本技術，而via first和trench first等雙鑲嵌結構的刻蝕方法、雙鑲嵌結構加保護層等技術就可作為雙鑲嵌技術的衍生技術。再如，等離子反應室的激勵線圈作為基本技術，那么線圈繞法的變種和變形就可作為衍生技術。
在半導體制造領域的專利中，專利請求保護的技術方案主要涉及以下幾個方面：
1、產品或技術的品質改進。例如焊料凸塊的改進，光刻技術的改進等；
2、工藝方法改進，包括工藝步驟的增加或減少；工藝步驟順序的改變；反應物的增減；工藝條件（溫度、壓力、功率、時間、真空度）等的改變；反應氣體的改變（包括種類、狀態、流量）；工藝的組合優化和新工藝的采用等。
3、結構改進，包括層、區域以及層和區域之間的位置關系（例如相接、相鄰、相容、相交）等的改變和形狀的改變；組成層、區域的材料的改變；組成層、區域的材料中的摻雜的雜質的改變；雜質的種類、摻雜的量以及摻雜后所起的作用的改變等。
4、相應于結構改進的制造方法的改進，包括刻蝕（干法、濕法）；生長（氧化、淀積（CVD、PECVD）、濺射）；填充（HDP-CVD、PVD、LPCVD、SACVD、ALD）；光刻：掩膜組合、光刻膠的去除；平坦化（CMP）；擴散（摻雜、離子注入）；清洗（干法、濕法清洗）、灰化（ashing）等技術的改進。
三、半導體領域專利權利要求中的功能性描述
從前面的分析可知，半導體領域中關于器件的結構和制造工藝方法改進的發明創造是很常見的。在半導體領域專利申請文件的撰寫中，由于涉及元器件和制造工藝較多，因此對于元器件來說，通常認為用元器件的結構特征及各個結構特征之間的位置或連接關系就可以將產品的技術特征限定清楚，不需要借助功能性限定；對于元器件的制造方法，需要用工藝步驟、工藝方法、工藝參數來限定，而不用功能性的描述。
專利法第二十六條第四款規定，權利要求書應當以說明書為依據，說明要求專利保護的范圍。專利法實施細則第二十條第一款規定，權利要求書應當說明發明或者實用新型的技術特征，清楚和簡要地表述請求保護的范圍。新《審查指南》又指出，對于產品（包括裝置和結構）權利要求來說，應當盡量避免使用功能或者效果特征來限定發明。但提出了例外的情況，即只有在某一技術特征無法用結構特征來限定，或者技術特征用結構特征限定不如用功能或效果特征來限定更為恰當，而且該功能或者效果能通過說明書中規定的實驗或者操作或者所屬技術領域的慣用手段直接和肯定地驗證的情況下，使用功能或者效果特征來限定發明才可能是允許的。
在半導體制造領域中涉及工藝改進的發明創造非常普遍，工藝改進往往包括工藝步驟的增減和工藝步驟順序的變化，以克服現有工藝的缺陷，改善所制造的器件的電學性能。在工藝改進的發明創造中，有些涉及器件結構的改變，但在很多情況下，方法得到的最終器件的結構并不發生改變。也就是說，利用發明的工藝方法與利用現有技術的工藝方法相比，得到的器件結構并沒有發生變化，只是按照發明的工藝方法制造出來的器件在性能方面得到了改善。在這種情況下，在權利要求書中一般的做法往往是僅寫出方法權利要求，而不撰寫裝置（器件）權利要求，原因就是裝置（器件）并未改變。
筆者認為，權利要求書要服務于專利權的保護，權利要求書的撰寫，尤其是半導體技術、信息網絡技術和通信技術領域的發明創造專利申請文件權利要求書的撰寫，不僅要分析技術方案的顯性技術特征，更要注重挖掘技術方案的隱性技術特征，例如方法中的裝置特征、方法中的系統特征、系統中的分系統特征、系統中的裝置特征、裝置中的功能模塊特征等等，從方法、裝置和系統等多個層面以不同的角度進行權利要求書的撰寫，爭取盡可能大的保護范圍。在工藝方法改變而得到的最終器件結構并未發生改變的情況下，應當采用“結構+功能”的方式撰寫出器件的權利要求。但要注意，所述器件并非發明的方法最終得到的器件，而是發明方法的工藝步驟與現有技術相比出現區別時的器件的結構，即器件的中間狀態，因為這時的器件結構必然會起到方法特征所期望產生的技術效果。
例如，一種雙鑲嵌結構的制造方法，現有技術的做法是在形成通孔（via）和溝槽（trench）之后，刻蝕通孔底部以暴露出下層介質層中的金屬銅導線，然后利用等離子體轟擊銅導線表面以去除銅導線表面產生的氧化層。隨后再生長金屬黏附層和金屬種子層，并在通孔和溝槽中填充金屬。現有技術的缺陷在于當利用等離子體轟擊銅導線表面時帶電離子會在銅導線表面積累，嚴重時會導致介質層的擊穿，從而影響器件性能。發明的工藝方法對現有技術的方法進行了改進，在形成通孔（via）和溝槽（trench）并刻蝕通孔底部露出銅導線之后，先在通孔和溝槽表面淀積一金屬層，使整個半導體襯底表面具有導電性。然后再利用等離子體轟擊銅導線表面以去除銅導線表面產生的氧化層。該方法的權利要求為：一種雙鑲嵌結構的制造方法，包括：提供一具有金屬導線層的半導體襯底；在所述半導體基底上形成介質層，并在所述介質層中形成開口，所述開口底部露出所述金屬導線層表面；在所述開口底部和側壁沉積一金屬層；利用等離子體去除金屬導線層表面的氧化物……。該方法的有益效果是。當利用等離子體轟擊金屬導線層表面時，等離子體環境中局部的聚集電荷可通過導電的金屬層擴散到其它區域，并與相反極性的電荷中和，從而使得整個等離子體環境盡可能處于電中性，消除了局部聚集電荷在所述金屬導線層中的耦合現象，從而消除了耦合電流對柵氧的破壞，而且由于金屬層首先沉積于介質層表面和通孔底部及側壁，阻擋了等離子體對介質層的轟擊，減小了對所述介質層的損傷破壞，有利于提高或保持所述介質層的擊穿電壓，提高了器件的穩定性。上述本發明方法執行過程中出現了通孔和溝槽表面具有金屬層的器件中間結構，這一產生了上述發明方法改進所帶來的一系列技術效果，是應該得到專利保護的。因此，在撰寫權利要求時除了撰寫一個方法權利要求之外，還撰寫了一個器件的權利要求，即，一種半導體器件，包括：半導體襯底；所述半導體襯底具有金屬導線層；以及形成于所述半導體基底上的介質層；在所述介質層中具有開口，所述開口的底部露出所述金屬導線層表面；其特征在于：所述介質層、所述開口側壁和底部覆蓋有金屬層，所述金屬層用于在等離子體刻蝕時擴散所述等離子體刻蝕氣體中的聚集電荷。這樣撰寫的權利要求不但能夠突出方法特征的技術效果，而且彌補了權利要求書整體布局中的不足。
需要說明的是，對于權利要求中所包含的功能性限定的技術特征，應當得到說明書的支持，符合專利申請文件撰寫的三原則和金字塔原理。使權利要求中限定的功能能夠以說明書實施例中記載的方式實現，并且所屬技術領域的技術人員能夠明了此功能還可以采用說明書中未提到的其他替代方式來完成，或者所屬技術領域的技術人員確信該功能性限定能夠解決發明所要解決的技術問題，并達到相同的技術效果。
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