2020-014676

特願２０１６－１５９３５１「半導体素子及びそれを用いた電気機器」拒絶査定不服審判事件〔平成２９年　７月　６日出願公開、特開２０１７－１２０８７８、請求項の数（１５）〕について、次のとおり審決する。

【結　論】 原査定を取り消す。 本願の発明は、特許すべきものとする。

【理　由】 第１　手続の経緯 本願は，平成２８年８月１５日（優先権主張　平成２７年１２月２５日）の出願であって，その手続の経緯は以下のとおりである。 令和２年４月１日付け　　：拒絶理由通知書 令和２年６月４日　　　　：意見書，手続補正書の提出 令和２年７月１７日付け　：拒絶査定 令和２年１０月２１日　　：審判請求書，手続補正書の提出 令和３年３月９日　　　　：上申書の提出 令和３年５月２０日付け　：最後の拒絶理由通知書 令和３年７月２０日　　　：意見書，手続補正書の提出 第２　本願発明 本願の請求項１～１５に係る発明（以下，それぞれ「本願発明１」～「本願発明１５」という。）は，令和３年７月２０日提出の手続補正書により補正された特許請求の範囲の請求項１～１５に記載された事項により特定される発明であり，そのうちの本願発明１は以下のとおりの発明である。 「　【請求項１】 離間する一対のオーミック電極及びショットキー電極と， 前記オーミック電極と前記ショットキー電極に接する半導体層を有し， 前記ショットキー電極が金属酸化物から構成され， 前記ショットキー電極が，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｒ，Ｒｅ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｏｓ，Ｆｅ，Ｒｈ，Ｃｏ及びＮｉから選択される１以上の金属の酸化物を含み， 下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする半導体素子。 【数１５】 （式中，ｎは前記半導体層のキャリア濃度（ｃｍ－３），εは前記半導体層の誘電率（Ｆ／ｃｍ），Ｖｅは前記オーミック電極と前記ショットキー電極の間の順方向実効電圧（Ｖ），ｑは素電荷（Ｃ），Ｌは前記オーミック電極と前記ショットキー電極の間の距離（ｃｍ）である。）」 本願発明２～１５は，本願発明１の発明特定事項をすべて含む発明である。 第３　引用例の記載と引用発明 １．引用例１について （１）引用例１の記載 原査定の拒絶の理由に引用された引用例１（国際公開第２０１５／０２５５００号）には，次の記載がある。（下線は当審により付加。） 「[００１４] １．ショットキーバリアダイオード素子 本発明のショットキーバリアダイオード素子は，ｎ型又はｐ型シリコン（Ｓｉ）基板と，酸化物半導体層と，ショットキー電極層とを有するショットキーバリアダイオード素子であって，前記酸化物半導体層がガリウム（Ｇａ）を主成分とする多結晶酸化物及び非晶質酸化物のいずれか一方又は両方を含む。 ・・・」 「[００２４] 　ショットキー電極層には，仕事関数が４．７ｅＶ以上の材料が用いられる。具体的には，Ｒｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｐｔ，又はこれらの合金が用いられる。仕事関数が４．７ｅＶを下回ると，ショットキー障壁の高さが低く，逆バイアス時のリークが大きくなる。 一方，オーミック電極層に使用される金属の仕事関数は，シリコンウェハーの不純物濃度にもよるが，４．１ｅＶ程度が好ましく，密着性も考慮するとＴｉやＭｏが好ましい。」 「[００２６] 　また，本発明のショットキーバリアダイオード素子の別の実施形態では，シリコン基板上にショットキー電極層が形成され，ショットキー電極層上に酸化物半導体層が形成される。 ｐ型シリコンウェハーを用いた場合，基板の表面側は，最初にＰｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ等のショットキー電極層が積層され，その上に，Ｇａ２Ｏ３系酸化物半導体がスパッタ法により形成される。この場合もショットキー障壁は，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ等の金属と，酸化物半導体層の界面に形成される。また，酸化物半導体層を形成する前に，ショットキー電極層表面を酸素プラズマやＵＶオゾン等で酸化処理すると，より良好なダイオード特性を得ることができる。 「［００２８］　続いて，酸化物半導体層上に，Ｔｉ等の，酸化物半導体とオーミック接合を形成する金属が積層される。この場合も，前記と同様に，Ｎｉを挟んでＡｕ等の良導体をさらに積層してもよい。一方，ｐ型シリコンウェハーの裏面側には導通を補助するための密着性に優れた電極が積層される。」 「[００３０] 　本発明のショットキーバリアダイオード素子を構成する酸化物半導体層，ショットキー電極層，オーミック電極層等は，例えば，実施例に記載するように，安価で量産性に優れた方法である従来公知のスパッタ成膜法等により形成することができる。 また，ショットキー電極を形成する電極層と酸化物半導体層の界面は，ショットキー電極スパッタ工程で酸素を導入して反応性スパッタを行い，１０ｎｍ以下の薄い酸化膜を積層してもよい。」 「[００７２] 実施例７ 抵抗率０．０２Ω・ｃｍのｎ型Ｓｉ基板（４インチφ）を用意した。このＳｉウェハーをスパッタリング装置（島津製作所製：ＨＳＭ５５２）に装着し，円形状のエリアマスクを用いて，Ｔｉを１５ｎｍ，Ｐｄを５０ｎｍの順にスパッタ成膜した。エリアマスクを交換後，Ｇａ２Ｏ３：ＳｎＯ２＝９９．９：０．１ｗｔ％の焼結体ターゲットを用い，ＲＦ１００Ｗ，Ａｒ１００％の条件で，Ｇａ２Ｏ３：ＳｎＯ２を２００ｎｍの膜厚でスパッタ成膜した。次にこの構造体をホットプレートに載せて，空気中，３００℃，１時間の条件でアニール処理した。」 「[００７４] 実施例８ 実施例７で製造した構造体を再びスパッタ装置に装填し，直径１ｍｍのエリアマスクを用いてＴｉを５０ｎｍ，Ａｕを５０ｎｍの順にスパッタ成膜した。このようにして得られた積層体の模式図を図６に示す。さらに，実施例７と同様にして電流－電圧特性を評価した。電流密度は直径１ｍｍエリアマスクの孔の面積で除算して求めた結果，３０Ａ／ｃｍ２以上の順方向電流が得られた。オーミック電極を設けたことで，順方向の立ち上がり電圧（Ｖｆ）が大幅に低減し，２．５Ｖから立ち上がった。逆バイアス印加によるブレークダウン電圧は－３０Ｖであり，絶縁価破壊電界強度としては，１．５ＭＶ／ｃｍが得られた。 これらの性能を表２にまとめた。 [００７５] 実施例９～１６ 以下，実施例８と同様の構造体を，半導体の材料や電極材料を変更しながら評価を行った。結果を表２に示す。尚，実施例表中の微結晶とは，多結晶の形態の一つである。」 「[００７８] 　実施例１５では最終工程で空気中，６００℃，１時間でアニールしたため，多結晶構造となった。このため，絶縁破壊電界は低下したものの，順方向電圧は０．１Ｖとなり，内部抵抗の小さなダイオードが得られた。 実施例１６では純粋なＧａ２Ｏ３膜を用いてダイオードを形成した。その結果，順方向電圧は２５Ｖと大きくなったものの，絶縁破壊電界とＯｎ電流については良好な性能が得られた。」 表２－２として，以下の表が示されている。 引用例１の図４及び図６として，以下の図面が示されている。 （２）摘記の整理 以上によれば，引用例１には次の事項が記載されているものと理解できる。 ア　ｎ型又はｐ型シリコン（Ｓｉ）基板と，酸化物半導体層と，ショットキー電極層とを有するショットキーバリアダイオード素子。（段落００１４） イ　ショットキー電極層には，Ｒｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｐｔ，又はこれらの合金が用いられること。（段落００２４） ウ　基板の表面側は，最初にＰｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ等のショットキー電極層が積層され，その上に，Ｇａ２Ｏ３系酸化物半導体がスパッタ法により形成され，続いて，酸化物半導体層上に，Ｔｉ等の，酸化物半導体とオーミック接合を形成する金属が積層されることで，ショットキーバリアダイオード素子が形成されること。（段落００２６，００２８） エ　ｎ型Ｓｉ基板上にＴｉ，Ｐｄの順にスパッタ成膜し，その後，Ｇａ２Ｏ３：ＳｎＯ２をスパッタ成膜して，実施例７の構造体を製造すること。（段落００７２） オ　実施例７で製造した構造体上に，Ｔｉ，Ａｕの順に成膜して，実施例８の構造体を得ること。（段落００７４） カ　実施例１６として，基板にＳｉウエハー，ショットキー電極にＰｄ，オーミック電極にＴｉ，半導体層に膜厚２００ｎｍ，キャリア濃度３×１０１４ｃｍ－３のＧａ２Ｏ３膜を用いて，実施例８と同様の構造のダイオードを形成すること。（段落００７５，００７８，表２－２） （３）引用発明１ 上記ア～ウと上記エ～オを比較すると，実施例８すなわち実施例１６の構造体は上記ア～ウに記載された構造と同様であると理解できるから，実施例１６は，Ｓｉ基板上にショットキー電極，Ｇａ２Ｏ３膜，オーミック電極を順に積層した構造を備えるショットキーバリアダイオード素子を構成するものと理解できる。 そうすると，引用例１には次の発明（以下「引用発明１」という。）が記載されているものと認められる。 「Ｓｉ基板上に積層されたショットキー電極層と， ショットキー電極上にスパッタ成膜されたＧａ２Ｏ３膜と， Ｇａ２Ｏ３膜上に積層されたオーミック電極層とを有し， ショットキー電極層はＰｄであり Ｇａ２Ｏ３膜は膜厚２００ｎｍ，キャリア濃度３×１０１４ｃｍ－３である， ショットキーバリアダイオード素子。」 ２．引用例２の記載 原査定の拒絶の理由に引用された引用例２（特開２０１６－１６５５３２号公報）には，次の記載がある。 「【０２８３】 上記ＰＮ－Ｔ素子のドレイン電極－ソース電極間に流れる電流は，上記ゲート電極２に印加される電圧に従って，上記Ｎ型半導体内に形成される空乏領域の大きさが変わるため，上記ドレイン電極－ソース電極間の電流経路のサイズが増減することにより決まる。上記ＰＮ－Ｔ素子は，ＴＦＴと異なり，絶縁層が必要ないという利点がある。 （実施例４：上記透明膜を用いたＳＤ素子） 図１３に示すように，ガラス，プラスチックなどの絶縁基板１０上に，パルスレーザー堆積法により上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体１３をパルスレーザー堆積法により30nm形成する。そして，フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により，パターニングされた上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜を形成する。続いて，上記半導体上に，電極１２として，パルスレーザー堆積法により，Pt薄膜を30nm形成し，フォトリソグラフィー法とリフトオフ法でパターニングする。さらに，上記半導体上に，電極１１として，パルスレーザー法でITO膜を30nm形成し，フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングする。上記手段により，ＳＤ素子が作製できる（図１３）。 【０２８４】 ここで，上記電極１１と電極１２の作製順を入れ替えても良い。 【０２８５】 上記ＳＤ素子は，上記電極１２と上記半導体膜１３の間でショットキー障壁が形成されることで，整流性を持つようになる。 ・・・（以下略）・・・」 引用例２の図１３として，以下の図面が示されている。 第４　対比・判断 １．本願発明１について （１）本願発明１と引用発明１の対比 本願発明１と引用発明１を対比する。 ・引用発明１における「ショットキー電極層」，「オーミック電極層」，「Ｇａ２Ｏ３膜」及び「ショットキーバリアダイオード素子」は，本願発明１における「ショットキー電極」，「オーミック電極」，「半導体層」及び「半導体素子」にそれぞれ相当する。 ・本願の発明の詳細な説明には次の記載がある。（下線は当審で付加。） 「【００３１】 順方向実効電圧Ｖｅに関しては，実際の順方向特性使用時のユニポーラデバイスへの印加電圧が通常０．５Ｖ～１．５Ｖ程度であり，ビルトイン電圧Ｖｂｉが通常０．７～１．３Ｖ程度あることを考慮すると，Ｖｅは０．１Ｖ程度とみなすことができる。素電荷の値は１．６０２×１０-１９Ｃ／個なので，εｒを１０と仮定すると，式（Ｉ）を鑑み，キャリア濃度ｎの上限値は，半導体層の一対のオーミック電極及びショットキー電極の間隔Ｌで決まり，表１のようになる。 【００３２】 」 上記表１によれば，一対のオーミック電極とショットキー電極の間隔Ｌが「２００ｎｍ」のとき，キャリア濃度ｎの上限値は「１．３７Ｅ＋１５（ｃｍ－３）」であり，一方，引用発明１の「Ｇａ２Ｏ３膜」は「膜厚２００ｎｍ，キャリア濃度３×１０１４ｃｍ－３である」から，引用発明１は，本願発明１の式（Ｉ）を満たしているといえる。 以上によれば，本願発明１と引用発明１の一致点及び相違点は，以下のとおりとなる。 （一致点） 「離間する一対のオーミック電極及びショットキー電極と， 前記オーミック電極と前記ショットキー電極に接する半導体層を有し， 下記式（Ｉ）を満たすことを特徴とする半導体素子。 【数１５】 （式中，ｎは前記半導体層のキャリア濃度（ｃｍ－３），εは前記半導体層の誘電率（Ｆ／ｃｍ），Ｖｅは前記オーミック電極と前記ショットキー電極の間の順方向実効電圧（Ｖ），ｑは素電荷（Ｃ），Ｌは前記オーミック電極と前記ショットキー電極の間の距離（ｃｍ）である。）」 （相違点） 本願発明１は，「前記ショットキー電極が金属酸化物から構成され，」「前記ショットキー電極が，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｒ，Ｒｅ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｏｓ，Ｆｅ，Ｒｈ，Ｃｏ及びＮｉから選択される１以上の金属の酸化物を含」むのに対し，引用発明１は，「ショットキー電極層」が「Ｐｄ」である点。 （２）相違点についての判断 引用例１には，「酸化物半導体層を形成する前に，ショットキー電極層表面を酸素プラズマやＵＶオゾン等で酸化処理する」（段落００２６）ことや，「ショットキー電極を形成する電極層と酸化物半導体層の界面」に「１０ｎｍ以下の薄い酸化膜を積層してもよい」（段落００３０）は記載されている。しかしながら，これらの技術的事項はいずれも，引用例１の実施例１６において，Ｐｄとその表面のＰｄ酸化物によりショットキー電極を構成することは示唆するものの，ショットキー電極をＰｄ酸化物から構成することまで示唆するものとはいえない。また，引用例１には，ショットキー電極層には，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ及びＮｉが用いられることは記載されているものの，ショットキー電極をＰｔ，Ｉｒ，Ｒｕ及びＮｉの酸化物から構成することまで示唆するものとはいえない。更にまた，引用例１には，ショットキー電極層にＭｏ，Ｗ，Ｃｒ，Ｒｅ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｏｓ，Ｆｅ，Ｒｈ，Ｃｏの酸化物から構成することは記載も示唆もされていない。 また，引用例２は，半導体層の同一表面上にショットキー電極とオーミック電極を形成した素子について記載されているものの，ショットキー電極を金属酸化物から構成する点については記載も示唆もされていない。 そして，本願発明１は上記相違点に係る構成を備えることにより，耐圧及びリーク電流値について顕著な効果を得るものであるといえる。 したがって，本願発明１は，引用発明１及び引用例１又は引用例２に記載された技術的事項から当業者が容易に発明できたものとはいえない。 ２．本願発明２～１５について 本願発明２～１５は本願発明１の発明特定事項の全てを含む発明であるから，本願発明１と同じ理由により，当業者であっても，引用発明１及び引用例２に記載の技術的事項に基づいて容易に発明できたものであるとはいえない。 第５　原査定の概要及び原査定についての判断 原査定の概要は，本願の請求項３～１３，１５～１８に係る発明は，引用例１に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明できたものであり，本願の請求項１４に係る発明は，引用例１に記載された発明に引用例２に記載された技術的事項を適用することにより当業者が容易に発明できたものであるから，特許法２９条２項の規定により特許を受けることができないというものである。 しかしながら，本願発明１は，原査定の対象である本願の請求項３に係る発明において，「前記ショットキー電極が，Ｐｄ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｒ，Ｒｅ，Ｔｅ，Ｍｎ，Ｏｓ，Ｆｅ，Ｒｈ，Ｃｏ及びＮｉから選択される１以上の金属の酸化物を含み」との事項を限定したものであるところ，上記第４で示したとおり，本願発明１は引用発明１及び引用例１又は２に記載された技術的事項に基づいて当業者が容易に発明できたものではなく，本願発明１の発明特定事項を全て含む本願発明２～１５もまた，本願発明１と同様の理由により当業者が容易に発明できたものではない。 したがって，原査定を維持することはできない。 第６　当審拒絶理由（特許法３６条６項２号）について 当審では，請求項３の「前記金属酸化物」という記載の意味が不明確であるとの拒絶の理由を令和３年５月２０日付けで通知しているが，令和３年７月２０日提出の手続補正書でした補正により，「前記半導体層の金属酸化物」と補正された結果，この拒絶の理由は解消した。 第７　結言 以上のとおり，原査定の理由によっては，本願を拒絶することはできない。 また，他に本願を拒絶すべき理由を発見しない。 よって，結論のとおり審決する。