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苏州锦尚知识产权代理事务所(普通合伙)
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公司动态
从案例出发,浅谈半导体领域专利权利要求的撰写
作者: 来源: 日期:2025/1/2 16:33:13 人气:202
据知识产权律师事务Mathys&Squire最新数据显示,中国半导体行业在2023至2024一年间提交了46591件专利申请,相比2022-2023年的32840件,增幅高达42%,远超全球22%的增加水平。
半导体领域技术发展快、专利申请量增长快,使得部分技术领域成为技术密集领域,半导体器件中的单个结构、单个工艺方法很容易找到相应的对比文件,或成为本领域的公知常识。但这些结构所组成的整体结构以及各结构的组合顺序却不一定相同。因此,目前半导体领域专利的改进点主要聚焦于不同结构在器件中的不同组合方式。
在专利代理师撰写权利要求时,通常都会对技术方案做上位表达,以争取更大的保护范围。但半导体领域专利具有上述这样的特点,如果将保护范围写得过大,可能会将现有技术的方案和与本申请无关的方案都囊括进来。那么,在审查阶段,审查员可能会简单地将现有技术的结构等同于本申请的结构,或者以与本申请无关的方案评述本申请被“偶然公开”。
因此,对于半导体领域的专利代理师来说,在撰写权利要求时,一味地扩大保护范围反而会对专利授权带来不利影响,将结构本身及各结构之间的相互关系描述清楚准确,将与本申请无关的方案以及现有技术的方案排除在外,划分出一个“恰当”的保护范围更为重要。
案例
接下来,笔者将以一具体案例进行说明。
本申请所针对的现有技术的方案具体为:在完成器件制备后的封装阶段,制备导电引出的导电凸块(Bump)。如下图1所示,具体包括:形成覆盖顶层金属层的钝化层;刻蚀钝化层,以形成开口,开口暴露至少部分顶层金属层;形成导电凸块材料层,导电凸块材料层填充于开口中;刻蚀导电凸块材料层,以在开口处形成导电凸块。
(a)
(b)
(c)
图1
申请人考虑到,在上述过程中,若刻蚀钝化层的工艺产生误差,使得形成的开口存在位置、形状以及深度等误差,进而使得制备得到的导电凸块难以处于预设的位置、无法形成预设的形状、甚至无法与顶层金属层实现导电连接。并且,刻蚀导电凸块材料层的工艺可能会对已形成的钝化层造成损伤,影响钝化层的保护效果,继而影响器件的可靠性。
因此,申请人对制备方法进行了改进。如下图2所示,本申请的核心改进点在于:先制备导电凸块,再形成钝化层,最后暴露导电凸块,以此可以更精确地控制导电凸块形状、位置,避免对钝化层造成影响。
(a)
(b)
(c)
(d)
图2
在理解完背景技术、技术问题、技术方案和技术效果后,我们一起来看代理人撰写的权利要求。
独立权利要求第一版:
一种半导体器件的制备方法,其特征在于,包括:
提供衬底,所述衬底上形成有顶层金属层;
形成导电连接结构材料层,所述导电连接结构材料层覆盖所述顶层金属层;
刻蚀所述导电连接结构材料层,以形成导电连接结构,所述导电连接结构与所述顶层金属层导电连接;
形成钝化层,所述钝化层覆盖所述顶层金属层和所述导电连接结构;
刻蚀所述钝化层,以暴露所述导电连接结构。
第一版权利要求中,将衬底、顶层金属层、导电连接结构、钝化层等结构的位置关系,以及导电连接结构和钝化层的制备顺序都描述出来了。如果结合上述附图2来看,权利要求好似将技术方案都描述清楚了,但是从文本内容来看,其还将不属于本申请的结构也囊括进来。
特别是本申请的改进点所在,“钝化层覆盖所述顶层金属层和所述导电连接结构;刻蚀所述钝化层,以暴露所述导电连接结构”,还包括了下图3至图8中示出的情况。
其一,对于“钝化层覆盖所述顶层金属层和所述导电连接结构”。
“覆盖”这一词只能表达一种相对位置关系,对于钝化层本身的形态无法做出限定。如下图3所示的,钝化层的顶表面可以形成为平整平面且高于导电凸块(在第一版中命名为导电连接结构)的顶表面,对于本领域来说,这种钝化层结构也是比较常见的。将图3与图4对比,不难发现,图3所示的钝化层结构并非是本申请希望保护的。
图3
图4(与图2c相同)
其二,对于“刻蚀所述钝化层,以暴露所述导电连接结构”。
“暴露”这一词同样也包含了多种情况。如下图5至图7所示的,在图4所示的钝化层结构上做进一步刻蚀,可能会出现暴露导电连接结构顶表面(图5所示)、暴露导电连接结构顶表面和部分侧壁(图6所示)、暴露导电连接结构顶表面和侧壁以及部分顶层金属层的顶表面(图7所示)的三种情况,对应了暴露部分导电连接结构以及暴露全部导电连接结构的两种结果。当然,也可以出现仅暴露导电连接结构部分顶表面、仅暴露导电连接结构的侧壁等等情况。
图5
图6(与图1c和图2d相同)
图7
如果在图3所示的钝化层结构上做进一步刻蚀,同样可以得到上述的三种情况,其中对于暴露导电连接结构顶表面这一情况,请参考下图8,可以是在钝化层中形成一个通孔,通孔暴露了导电连接结构的顶表面。
图8
由此可见,第一版权利要求的描述方式使得保护范围过大,审查员如果检索到上图中所示的结构,便可以以此评述本申请的新创性。
接下来,请看
独立权利要求第二版:
一种半导体器件的制备方法,其特征在于,包括:
提供衬底,所述衬底上形成有顶层金属层;
形成
导电凸块材料层
,所述导电凸块材料层覆盖所述顶层金属层,所述导电凸块材料层与所述顶层金属层导电连接;
刻蚀所述导电凸块材料层,以形成导电凸块;
形成钝化层,
所述钝化层包括覆盖所述顶层金属层的第一部分、覆盖所述导电凸块的侧表面的第二部分、以及覆盖所述导电凸块的顶表面的第三部分;
至少去除所述第三部分,
以暴露所述导电凸块。
在这一版中,代理人做了两点修改。
其一,将“导电连接结构”修改为“导电凸块”。不难看出,在第一版中,代理人从导电凸块的功能,即导电连接,进行上位的表达,命名为“导电连接结构”。
但在半导体器件的其他制备阶段,也可能会形成一些结构,这些结构在器件内部起到导电连接的作用,那么在相应的专利文件中,这些结构也可能被命名为“导电连接结构”,审查员在检索到后,可以以此进行评述。
在半导体领域中,导电凸块(Bump)其实是一个专有名称,还包含着其是用于使芯片能够与外部电路(如印刷电路板或另一个芯片)进行连接的含义,具有“凸”的特性,与器件内部的这些结构是不同的。因此,在权利要求中,可以直接表述为导电凸块,与现有技术形成区别。
其二,对钝化层和刻蚀钝化层做进一步描述。通过“所述钝化层包括覆盖所述顶层金属层的第一部分、覆盖所述导电凸块的侧表面的第二部分、以及覆盖所述导电凸块的顶表面的第三部分;至少去除所述第三部分”,可以确定的是,导电凸块的顶表面是被暴露出来的,但导电凸块的其他部位与钝化层的关系是什么样的,并不清楚。上述图 3的钝化层也是可以理解为是包括第一部分、第二部分和第三部分的,在此情况下,去除第三部分,即可得到图8所示结构。
由此可见,第二版的权利要求仍然无法将各结构之间的相互关系描述清楚,权利要求的保护范围仍然较大。
最后,请看
独立权利要求第三版
:
一种半导体器件的制备方法,其特征在于,包括:
提供衬底,所述衬底上形成有顶层金属层;
形成导电凸块材料层,所述导电凸块材料层覆盖所述顶层金属层,所述导电凸块材料层与所述顶层金属层导电连接;
刻蚀所述导电凸块材料层,以形成导电凸块;
形成钝化层,所述钝化层包括覆盖所述顶层金属层的第一部分、覆盖所述导电凸块的侧表面的第二部分、以及覆盖所述导电凸块的顶表面的第三部分;
去除所述第三部分以及至少部分所述第二部分,以使所述导电凸块暴露于所述钝化层之外。
在这一版中,通过“去除所述第三部分以及至少部分所述第二部分,导电凸块暴露于钝化层之外”排除了图5和图8所示的情况,明确了导电凸块的各部分与钝化层的相互关系。“去除所述第三部分以及至少部分所述第二部分”可以将图3所示的钝化层结构排除在外,对于这种钝化层结构,如果要实现“导电凸块暴露于钝化层之外”,除了要去除第三部分和部分第二部分之外,还需要去除部分第一部分,否则,如图9所示,从相对关系来说,其实导电凸块还是位于钝化层内,并非是暴露于钝化层之外。
图9
在上述的核心改进点的基础上,申请人进行了进一步细化改进。
如图10所示,细化改进点在于:在导电凸块材料层与顶层金属层之间形成另一材料层,避免在刻蚀导电凸块材料层时,对其下方的顶层金属层造成影响。
图10
从属权利要求第一版
:
所述形成导电凸块材料层之前,所述制备方法还包括:形成第一阻挡层,所述阻挡层覆盖所述顶层金属层;
所述导电凸块材料层覆盖所述阻挡层。
在第一版权利要求中,代理人描述了顶层金属层、阻挡层和导电凸块材料层之间的位置关系;通过“阻挡层”表达这一材料层在刻蚀导电凸块材料层步骤中的阻挡作用。
但“阻挡层”是根据这一材料层的作用/功能命名的,是一个自定义词,并非是本领域的一个专有名称。通过描述顶层金属层和导电凸块材料层之间有阻挡层,并不能表达清楚阻挡层具体是阻挡什么,阻挡刻蚀?阻挡材料互溶?无法得出预期的有益效果。
从属权利要求第二版:
所述形成导电凸块材料层之前,所述制备方法还包括:形成阻挡层,所述阻挡层覆盖所述顶层金属层;
所述导电凸块材料层覆盖所述阻挡层;
在执行所述刻蚀所述导电凸块材料层的步骤时,所述阻挡层用于作为刻蚀停止层。
在第二版中,引入了“刻蚀停止层”。刻蚀停止层是本领域的一个专有名称,以此进一步描述阻挡层的作用,可以得到预期的有益效果。但是,刻蚀停止层仅能表达阻挡层的作用,无法描述阻挡层本身是一个怎样的结构,或者说具有什么特性。
任何与被刻蚀材料层存在刻蚀选择比的材料均可以作为刻蚀停止层,例如,对于层叠的两层半导体材料层,中间设置的刻蚀停止层可以为一介质层;对于层叠的两层金属层,中间设置的刻蚀停止层也可以为介质层。
也就是说,本申请限定的“阻挡层”目前仅具有“与导电凸块材料层刻蚀选择比不同”这一个特性,
其可以为任何能满足这一特性的材料。保护范围过大,审查员在检索到,在金属层和导电材料层之间设置刻蚀停止层,类似的现有技术后,可以以此评述细化改进点的新创性。
且在本申请中,顶层金属层和导电凸块材料层之间是存在“导电连接关系”的,若设置的阻挡层为一种绝缘介质层,则无法满足导电连接。那么,这一细化改进点的方案就与独立权利要求发生冲突了。
从属权利要求第三版
:
所述形成导电凸块材料层之前,所述制备方法还包括:形成阻挡层,所述阻挡层覆盖所述顶层金属层;
所述导电凸块材料层覆盖所述阻挡层;
所述阻挡层具有导电性,所述导电凸块材料层与所述顶层金属层通过所述阻挡层导电连接;
在执行所述刻蚀所述导电凸块材料层的步骤时,所述阻挡层用于作为刻蚀停止层。
在第三版中,代理人通过“具有导电性”,对阻挡层的性质进行明确限定,将阻挡层这一结构本身描述清楚;“导电凸块材料层与所述顶层金属层通过所述阻挡层导电连接”,将导电凸块材料层与、顶层金属层、阻挡层三者之间的导电连接关系(功能关系)描述清楚。
总结
上述这一案例的技术方案的整体逻辑其实并不难,但在半导体领域专利特点的影响下,代理人在撰写权利要求时,如果仅描述到具有哪些结构、各结构之间的大位置关系等,很难得到“恰当”的保护范围。这就导致了,半导体领域的专利代理师,在撰写完权利要求后,需进行“排雷”,尽量忽略交底书中示出的具体示例,仅从权利要求的文字进行多个角度解读,判断权利要求是否还隐含了其他可能的示例,避免被现有技术公开或偶然公开的情况。以此,在现有技术的方案和与本申请不相关的方案之间,尽可能准确地描绘出本申请的保护范围。
以上仅是笔者在工作与学习中的一些见解与想法,如有不足之处欢迎批评或指正。
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