专利汇可以提供用于制造在制成的半导体器件和电子器件内用作层内或层间电介质的超低介电常数材料的改进方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开了以平行板 化学气相沉积 工艺,利用离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)工艺制造包括Si、C、O和H 原子 的热稳定的超低 介电常数 膜的方法。进一步公开了包含由本方法制造的热稳定超低介电常数材料的绝缘层的 电子 器件。为了制造热稳定的超低介电常数膜,使用特殊的前体材料,如 硅 烷衍 生物 例如二乙 氧 基甲基硅烷(DEMS)和有机分子例如双环庚二烯和环戊烯氧化物。,下面是用于制造在制成的半导体器件和电子器件内用作层内或层间电介质的超低介电常数材料的改进方法专利的具体信息内容。
1、制造超低介电常数膜的方法,包括下列步骤:
在等离子体增强化学气相沉积反应器的室内充入具有分子式 SiRR’R”R”’的第一种前体气体,其中R、R’、R”和R”’相同或不同并 选自H、烷基和烷氧基;
向所述室内充入具有下式之一的第二种前体气体:
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化;和
使用所述前体气体在基体上沉积超低k膜,所述超低k膜具有不 超过2.5的介电常数。
2、如权利要求1所述的方法,其中所述超低k膜是多相膜,其包 括在所述基体上的基本由Si、C、O和H组成的第一相和至少一个基本 由C、H和多个纳米尺寸的孔组成的第二相。
3、如权利要求1所述的方法,进一步包括将惰性气体与一种或两 种所述前体气体混合。
4、如权利要求1所述的方法,进一步包括在沉积之后,在不小于 300℃的温度下加热所述超低k膜至少0.25小时。
5、如权利要求1所述的方法,进一步包括在沉积之后,用能量源 处理所述超低k膜来稳定该超低k膜并提高其性能,所述能量源包括 热源、化学源、紫外线源、电子束源、微波源或等离子体源之一。
6、如权利要求1所述的方法,其中所述超低k膜具有1.5-2.5 的介电常数。
7、如权利要求1所述的方法,其中所述超低k膜包括5-40原子 百分比的Si;5-45原子百分比的C;0-50原子百分比的O;和 10-55原子百分比的H。
8、如权利要求1所述的方法,其中所述等离子体增强化学气相沉 积反应器具有300cm2-800cm2之间的基体卡盘面积和基体与顶部电极 之间1cm-10cm的缝隙。
9、如权利要求1所述的方法,进一步包括施加RF功率到所述等 离子体增强化学气相沉积反应器的电极上的步骤。
10、如权利要求1所述的方法,进一步包括在不低于300℃的温 度下紫外线或电子束处理所述超低k膜达30分钟的步骤。
11、如权利要求1所述的方法,进一步包括热处理和紫外线或电 子束处理所述超低k膜的结合步骤。
12、如权利要求1所述的方法,其中所述第一种前体气体是二乙 氧基甲基硅烷(DEMS)。
13、如权利要求1所述的方法,其中所述第二种前体包括双环庚 二烯、氧化环戊烯、环氧乙烷、环氧丙烷、氧化异丁烯、2,2,3-三 甲基环氧乙烷、一氧化丁二烯、1,2-环氧基-5-己烯、2-甲基-2 -乙烯基环氧乙烷、叔丁基甲基醚、1-异丙基-环己-1,3-二烯或 其混合物。
14、如权利要求1所述的方法,其中所述沉积超低k膜的步骤进 一步包括下列步骤:设定所述基体的温度在25℃-400℃之间;和设 定施加到等离子体增强化学气相沉积反应器电极上的RF功率密度在 0.05W/cm2-3.5W/cm2之间。
15、如权利要求1所述的方法,其中所述沉积超低k膜的步骤进 一步包括下列步骤:设定所述第一种前体气体的流速在5sccm- 1000sccm之间,或者当第一种前体气体以液体形态传递时,在30- 6,000mg/分钟之间。
16、如权利要求15所述的方法,其中所述第一种前体气体的所述 流速在25sccm-200sccm之间,或者当第一种前体气体以液体形态传 递时,在150-1200mg/分钟之间。
17、如权利要求1所述的方法,其中沉积所述超低k膜的所述步 骤进一步包括设定所述第二种前体气体的流速在5sccm-1000sccm之 间,或者当第二种前体气体以液体形态传递时在30-6,000mg/min之 间。
18、如权利要求17所述的方法,其中所述第二种前体气体的所述 流速在25sccm-200sccm之间,或者当第二种前体气体以液体形态传 递时在150-1200mg/min之间。
19、如权利要求1所述的方法,其中沉积所述超低k膜的所述步 骤进一步包括设定所述等离子体增强化学气相沉积反应器的压力在 50mtorr-10000mtorr之间。
20、如权利要求19所述的方法,其中所述等离子体增强化学气相 沉积反应器的所述压力在100mtorr-5000mtorr之间。
21、如权利要求1所述的方法,其中沉积所述超低k膜的所述步 骤进一步包括设定作为所述第二种前体气体的双环庚二烯与作为所述 第一种前体气体的二乙氧基甲基硅烷的流速比率在0.1-3之间。
22、如权利要求21所述的方法,其中所述双环庚二烯与所述二乙 氧基甲基硅烷的所述流速比率在0.2-0.6之间。
23、如权利要求1所述的方法,其中所述等离子体增强化学气相 沉积反应器以连续模式运转。
24、如权利要求1所述的方法,其中所述等离子体增强化学气相 沉积反应器以脉冲模式运转。
25、如权利要求1所述的方法,其中所述等离子体增强化学气相 沉积反应器是平行板反应器。
26、如权利要求1所述的方法,进一步包括在所述等离子体增强 化学气相沉积反应器内形成等离子体。
27、制造热稳定超低k膜的方法,包括下列步骤:
提供等离子体增强化学气相沉积型反应器;
将预加工的晶片定位在面积为300cm2-800cm2之间的基体卡盘上 并保持所述晶片和顶部电极之间的缝隙为1cm-10cm之间;
向所述等离子体增强化学气相沉积反应器内充入包括硅烷衍生物 分子的第一种前体气体;
向所述等离子体增强化学气相沉积反应器内充入至少一种第二种 前体气体,其包括具有下式之一的化合物;
烯烃:
炔烃:
醚:
和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化;和
将超低k膜沉积在所述晶片上,所述超低k膜具有不超过2.5的 介电常数。
28、如权利要求27所述的方法,其中所述等离子体增强化学气相 沉积反应器是平行板反应器。
29、如权利要求27所述的方法,进一步包括在所述等离子体增强 化学气相沉积反应器内形成等离子体。
30、制造热稳定超低k膜的方法,包括下列步骤:
提供等离子体增强化学气相沉积型反应器;
将晶片定位在面积为300cm2-800cm2之间的基体卡盘上,并保持 该晶片和顶部电极之间的缝隙为1cm-10cm之间;
向所述反应器内,在温度保持在25℃-400℃之间的所述晶片上, 以5sccm-1000sccm之间的流速充入第一种硅烷衍生物的前体气体和 以5sccm-1000sccm之间的流速充入第二种前体气体,同时保持所述 反应器内的压力在50mtorr-8000mtorr之间,所述第二种前体气体包 括含下式之一的化合物:
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化;
在0.05W/cm2-3.0W/cm2之间的施加到等离子体增强化学气相沉积 反应器电极上的RF功率密度下将超低k膜沉积在所述晶片上,所述超 低k膜具有不超过2.5的介电常数;和
处理所述超低k膜以提高该膜的稳定性,该处理包括选自热、化 学、紫外线、电子束、微波、等离子体及其结合的能量源。
31、如权利要求30所述的方法,其中所述等离子体增强化学气相 沉积反应器是平行板反应器。
32、如权利要求30所述的方法,进一步包括在所述等离子体增强 化学气相沉积反应器内形成等离子体。
33、如权利要求30所述的方法,其中所述处理包括在不低于300 ℃的温度下退火至少0.25小时。
34、包括元素Si、C、O和H的电介质材料,所述电介质材料具有 无规共价键合的三维网状结构、不超过2.5的介电常数和具有可以解 卷积成三个峰的Si-O吸收谱带的FTIR谱图,所述Si、C、O和H元 素是由具有分子式SiRR’R”R”’的第一种前体和第二种前体衍生得到 的,在第一种前体中R、R’、R”和R”’相同或不同,并选自H、烷基和 烷氧基,和第二种前体具有下式之一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化。
35、如权利要求34所述的电介质材料,其中所述无规共价键合的 三维结构包括Si-O、Si-C、Si-H、C-H和C-C键。
36、如权利要求34所述的电介质材料,其中所述电介质材料进一 步包括多个纳米尺寸的孔。
37、如权利要求36所述的电介质材料,其中所述多个纳米尺寸的 孔的直径为0.3-50纳米之间。
38、线后端互连结构,包括作为线后端绝缘体的电介质材料、盖 或硬掩模层,所述电介质材料包括Si、C、O和H元素,和具有无规共 价键合的三维网状结构、不超过2.5的介电常数和具有可以解卷积成 三个峰的Si-O吸收谱带的FTIR谱图,所述Si、C、O和H元素是由 具有分子式SiRR’R”R”’的第一种前体和第二种前体衍生得到的,在第 一种前体中R、R’、R”和R”’相同或不同,并选自H、烷基和烷氧基, 和第二种前体具有下式之一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化。
39、具有绝缘材料层在配线结构中作为层内或层间电介质的电子 结构,包括:
具有嵌入在第一层绝缘材料内的第一个金属区的预加工的半导电 基体;
嵌入在由超低k材料形成的第二层绝缘材料内的第一个导体区, 所述超低k材料包括Si、C、O和H和多个纳米尺寸的孔,所述超低k 材料具有不超过2.5的介电常数和具有可以解卷积成三个峰的Si-O 吸收谱带的FTIR谱图,所述Si、C、O和H元素是由具有分子式 SiRR’R”R”’的第一种前体和第二种前体衍生得到的,在第一种前体中 R、R’、R”和R”’相同或不同,并选自H、烷基和烷氧基,和第二种前 体具有下式之一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化,所述第二层绝缘材料与所 述第一层绝缘材料紧密接触,所述第一个导体区与所述第一个金属区 电连通;和
与所述第一个导体区电连通并且嵌入在包括所述超低k材料的第 三层绝缘材料内的第二个导体区,该第三层绝缘材料与所述第二层绝 缘材料紧密接触。
40、如权利要求39所述的电子结构,进一步包括位于所述第二层 绝缘材料和第三层绝缘材料之间的电介质盖层。
41、如权利要求39所述的电子结构,进一步包括在所述第二层绝 缘材料和所述第三层绝缘材料之间的第一个电介质盖层;和在所述第 三层绝缘材料上面的第二个电介质盖层。
42、如权利要求40所述的电子结构,其中所述电介质盖层由选自 氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、难熔金属硅氮化物、碳化硅、碳氮化硅、 碳氧化硅和碳掺杂的氧化物及它们的含氢化合物的材料形成。
43、如权利要求39所述的电子结构,其中所述难熔的金属硅氮化 物包括选自Ta、Zr、Hf和W的难熔金属。
44、如权利要求41所述的电子结构,其中所述第一个电介质盖层 和所述第二个电介质盖层由选自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、难熔金 属硅氮化物、碳化硅、碳氮化硅、碳氧化硅、碳掺杂氧化物及它们的 含氢化合物的材料形成。
45、如权利要求44所述的电子结构,其中所述难熔的金属硅氮化 物包括选自Ta、Zr、Hf和W的难熔金属。
46、如权利要求39所述的电子结构,其中所述第一层绝缘材料是 选自氧化硅、氮化硅、磷硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃和这些材料的 掺杂变体的一种。
47、如权利要求39所述的电子结构,进一步包括沉积在所述第二 层绝缘材料和所述第三层绝缘材料至少一个上的电介质材料的扩散阻 挡层。
48、如权利要求39所述的电子结构,进一步包括在所述第二层绝 缘材料上面的电介质活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止层,和在该活性 离子蚀刻硬掩模/抛光停止层上面的电介质扩散阻挡层。
49、如权利要求39所述的电子结构,进一步包括在所述第二层绝 缘材料上面的第一个电介质活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止层;在所 述第一个电介质活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止层上面的第一个电介 质扩散阻挡层;在所述第三层绝缘材料上面的第二个电介质活性离子 蚀刻硬掩模/抛光停止层;和在所述第二个电介质活性离子蚀刻硬掩 模/抛光停止层上面的第二个电介质扩散阻挡层。
50、如权利要求49所述的电子结构,进一步包括位于超低k材料 的层间电介质和超低k材料的层内电介质之间的电介质盖层。
51、具有绝缘材料层在配线结构中作为层内或层间电介质的电子 结构,包括:
具有嵌入在第一层绝缘材料内的第一个金属区的预加工的半导电 基体;和
至少一个嵌入在由超低k材料形成的至少一个第二层绝缘材料内 的第一个导体区,所述超低k材料基本由Si、C、O和H和多个纳米尺 寸的孔组成,所述超低k材料具有不超过2.5的介电常数和具有可以 解卷积成三个峰的Si-O吸收谱带的FTIR谱图,所述Si、C、O和H 元素是由具有分子式SiRR’R”R”’的第一种前体和第二种前体衍生得 到的,在第一种前体中R、R’、R”和R”’相同或不同,并选自H、烷基 和烷氧基,和第二种前体具有下式之一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化,所述至少一个第二层绝缘 材料之一与所述第一层绝缘材料紧密接触,所述至少一个第一个导体 区之一与所述第一个金属区电连通。
52、如权利要求51所述的电子结构,进一步包括位于所述至少一 个第二层绝缘材料之间的电介质盖层。
53、如权利要求51所述的电子结构,进一步包括位于所述至少一 个第二层绝缘材料每一个之间的第一个电介质盖层;和在所述最上面 的第二层绝缘材料上面的第二个电介质盖层。
54、如权利要求53所述的电子结构,其中所述第一个电介质盖层 和所述第二个电介质盖层由超低k材料形成。
55、如权利要求53所述的电子结构,其中所述第一个电介质盖层 和所述第二个电介质盖层由改性的超低k材料形成。
56、如权利要求53所述的电子结构,其中所述电介质盖层由选自 氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、难熔金属硅氮化物、碳化硅、碳氮化硅、 碳氧化硅、碳掺杂氧化物及它们的含氢化合物的材料形成。
57、如权利要求51所述的电子结构,其中所述难熔金属硅氮化物 包括选自Ta、Zr、Hf和W的难熔金属。
58、具有绝缘材料层在配线结构中作为层内或层间电介质的电子 结构,包括:
带有嵌入在第一层绝缘材料内的第一个金属区的预加工的半导电 基体;
嵌入在第二层绝缘材料内的第一个导体区,该第二层绝缘材料与 该第一层绝缘材料紧密接触,此第一个导体区与所述第一个金属区电 连通;第二个导体区与所述第一个导体区电连通并嵌入在第三层绝缘 材料内,此第三层绝缘材料与所述第二层绝缘材料紧密接触;
在所述第二层绝缘材料和所述第三层绝缘材料间的第一个电介质 盖层,和
在所述第三层绝缘材料上面的第二个电介质盖层,其中所述第一 个和所述第二个电介质盖层由超低k电介质材料形成,该超低k材料 包括Si、C、O和H,和多个纳米尺寸的孔,此超低k材料具有不超过 2.5的介电常数和具有可以解卷积成三个峰的Si-O吸收谱带的FTIR 谱图,所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R”’的第一种 前体和第二种前体衍生得到的,其中R、R’、R”和R”’相同或不同,并 选自H、烷基和烷氧基,第二种前体具有下式之一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化。
59、具有绝缘材料层在配线结构中作为层内或层间电介质的电子 结构,包括:
带有嵌入在第一层绝缘材料内的第一个金属区的预加工的半导电 基体;
嵌入在第二层绝缘材料内的第一个导体区,该第二层绝缘材料与 所述第一层绝缘材料紧密接触,此第一个导体区与所述第一个金属区 电连通;
与所述第一个导体区电连通并嵌入在第三层绝缘材料内的第二个 导体区,此第三层绝缘材料与所述第二层绝缘材料紧密接触;和
由包括超低k电介质材料的材料形成的扩散阻挡层,该超低k材 料沉积在所述第二层和所述第三层绝缘材料至少一个上,此超低k材 料包括Si、C、O和H,和多个纳米尺寸的孔,此超低k材料具有不超 过2.5的介电常数和具有可以解卷积成三个峰的Si-O吸收谱带的 FTIR谱图,所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R”’的第 一种前体和第二种前体衍生得到的,其中R、R’、R”和R”’相同或不同, 并选自H、烷基和烷氧基,第二种前体具有下式之一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化。
60、具有绝缘材料层在配线结构中作为层内或层间电介质的电子 结构,包括:
带有嵌入在第一层绝缘材料内的第一个金属区的预加工的半导电 基体;
嵌入在第二层绝缘材料内的第一个导体区,该第二层绝缘材料与 所述第一层绝缘材料紧密接触,此第一个导体区与所述第一个金属区 电连通;
与所述第一个导体区电连通并嵌入在第三层绝缘材料内的第二个 导体区,此第三层绝缘材料与所述第二层绝缘材料紧密接触;
在所述第二层绝缘材料上面的活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止 层,和
在所述活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止层上面的扩散阻挡层,其 中所述RIE硬掩模/抛光停止层和所述扩散阻挡层由超低k电介质材 料形成,该超低k材料包括Si、C、O和H,和多个纳米尺寸的孔,此 超低k材料具有不超过2.5的介电常数和具有可以解卷积成三个峰的 Si-O吸收谱带的FTIR谱图,所述Si、C、O和H元素是由具有分子 式SiRR’R”R”’的第一种前体和第二种前体衍生得到的,其中R、R’、R” 和R”’相同或不同,并选自H、烷基和烷氧基,第二种前体具有下式之 一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化。
61、具有绝缘材料层在配线结构中作为层内或层间电介质的电子 结构,包括:
带有嵌入在第一层绝缘材料内的第一个金属区的预加工的半导电 基体;
嵌入在第二层绝缘材料内的第一个导体区,该第二层绝缘材料与 所述第一层绝缘材料紧密接触,此第一个导体区与所述第一个金属区 电连通;与所述第一个导体区电连通并嵌入在第三层绝缘材料内的第 二个导体区,此第三层绝缘材料与所述第二层绝缘材料紧密接触;
在所述第二层绝缘材料上面的第一个活性离子蚀刻硬掩模/抛光 停止层;
在所述第一个活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止层上面的第一个扩 散阻挡层;
在所述第三层绝缘材料上面的第二个活性离子蚀刻硬掩模/抛光 停止层;和
在所述第二个活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止层上面的第二个扩 散阻挡层,其中所述活性离子蚀刻硬掩模/抛光停止层和所述扩散阻 挡层由超低k电介质材料形成,该超低k电介质材料包括Si、C、O 和H,和多个纳米尺寸的孔,此超低k材料具有不超过2.5的介电常 数和具有可以解卷积成三个峰的Si-O吸收谱带的FTIR谱图,所述 Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R”’的第一种前体和第二种 前体衍生得到的,其中R、R’、R”和R”’相同或不同,并选自H、烷基 和烷氧基,第二种前体具有下式之一
烯烃:
炔烃:
醚:和
环氧烷烃:
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同,并且选自氢、烷 基、烯基或炔基,这些基团可以是线型的、支化的、环状的、多环的, 并可以用含氧、氮或氟的取代基团官能化。
62、如权利要求61所述的电子结构,进一步包括由包括所述超低 k电介质材料的材料形成的电介质盖层,该超低k电介质材料位于层 间电介质层和层内电介质层之间。
本发明一般涉及用于制造具有超低的介电常数(或超低k)的电介 质材料的方法和包含该电介质材料的电子器件。更特别地,本发明涉 及制造热稳定的超低k的膜的方法,该膜在超大规模集成(“ULSI”) 线后端(“BEOL”)配线结构中用作层内或层间的电介质,和由此方 法形成的电子结构。
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