KR100938445B1 - 갭-필 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 배선 형성방법 - Google Patents
갭-필 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 배선 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
듀얼 다마신 공정으로 금속 배선을 형성 시에 비어 홀 및 트렌치 홀을 채우는 갭-필(gap-fill) 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 배선 형성방법에 관한 것이다. 상기 갭-필 조성물은 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 내지 20,000이고, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 방향족 고리 함유 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물과 유기 용매를 포함한다. 본 발명에 따른 갭-필 조성물은 비교적 큰 종횡비를 갖는 비어 홀이나 트렌치 홀을 채우는 경우에도 보이드(void) 형성없이 충전될 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2의 치환기의 정의는 명세서에 기재된 바와 같다.
듀얼 다마신, 비어 홀, 트렌치 홀, 감광성, 희생층, 갭-필
Description
본 발명은 갭-필(gap-fill) 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 배선 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 듀얼 다마신(dual damascene) 공정을 이용하여 다층 배선구조 형성 시에 비어 홀(via hole)과 트렌치 홀(trench hole)에 충전하는 갭-필 조성물과 이를 이용한 반도체 소자의 배선 형성방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적화가 점점 요구되는 가운데 소자의 동작 속도, 저항 등의 특성을 개선시키기 위하여 기존의 알루미늄(Al) 배선 대신에 구리(Cu) 배선 공정이 채택되었고, 절연막으로 기존의 산화막 대신 저유전 상수(Low-k) 물질을 사용하는 듀얼 다마신 공정 방법이 사용되고 있다.
듀얼 다마신 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 하부 금속배선이 형성된 하부층에 제1 저유전체막, 제1 식각 정지막, 제2 저유전체막, 및 제2 식각 정지막을 순차적으로 형성한다. 이어서, 포토레지스트 마스크를 통하여 제1 저유 전체막까지 비어 홀을 형성하고, 상기 비어 홀에 갭-필 조성물을 충전한다. 갭-필 조성물을 열경화시켜 형성된 갭-필 경화막을 식각하여 비어 홀 바닥에 일부만 남기고 제거한다. 제1 식각 정지막 위에 트렌치 홀을 형성하기 위한 포토레지스트 마스크를 이용하여 제2 저유전체막에 트렌치 홀을 형성하는 동시에 비어 홀 바닥에 잔존하는 갭-필 경화막을 제거한다. 이어서, 형성된 비어 홀과 트렌치 홀에 Cu와 같은 금속을 매립하여 금속배선을 형성한다.
상기 듀얼 다마신 공정방법에서 비어 홀을 형성한 후에 식각에 의해 트렌치 홀을 형성할 때, 비어 홀의 바닥부에서 기판 표면이 노출되어 있으면 식각 물질에 의해 하부층 표면이 손상될 수 있고, 배선불량 등의 문제를 야기시킬 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 보호막으로서 비어 홀 바닥에 갭-필 경화막 일부를 남긴 다음 후속 공정을 실시하고 있다.
듀얼 다마신 공정방법으로 형성된 비어 홀 및 트렌치 홀의 종횡비는 4 내지 5 또는 그 이상으로 높을 수 있으므로 갭-필 조성물은 위의 종횡비 이상에서 용이하게 매립될 수 있는 재료여야 한다. 그러나 종래의 갭-필 조성물로 종횡비가 4 내지 5인 홀에 충전하고자 할 경우, 기포가 발생하여 보호막의 역할을 할 수 없고, 또한 갭-필 경화막의 식각 후에 비어 홀 바닥부분에 필요한 만큼의 두께를 가지도록 보호막을 남길 수 없다.
이를 해결하기 위하여 포토레지스트 조성물 중에서 광흡수 능력이 높은 감광성 성분의 양을 조절하는 노력이 행해져 왔으나, 감광성 성분의 양이 증가될 경우 노광하는 광의 투과가 불량해져서 해상 능력이 떨어지게 된다. 반대로 감광성 성 분의 양이 감소될 경우에는 노광하는 광의 의해 전체가 노광되어 필요한 두께의 보호막을 남길 수 없다는 문제가 야기된다.
본 발명에서는 위에서 언급한 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여, 4 내지 5 또는 그 이상의 종횡비를 갖는 비어 홀 및 트렌치 홀을 채우는 갭-필 성능이 우수한 갭-필 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 갭-필 조성물을 경화시켜 형성된 갭-필 경화막을 식각한 후 홀의 바닥부에 남게 되는 갭-필 경화막이 홀 바닥부의 보호막 역할을 할 수 있는 갭-필 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 건식 식각 공정에서 저유전체 층간 절연막과 실질적으로 동일한 건식 식각율을 나타내고, 습식 식각 공정에서 저유전체 막에 비하여 매우 큰 식각 선택비를 갖는 갭-필 경화막을 제공할 수 있는 갭-필 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 상기 갭-필 조성물을 이용한 반도체 소자의 배선 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 갭-필 조성물은 4 내지 5 또는 그 이상의 종횡비를 갖는 비어 홀 및 트렌치 홀에 용이하게 충진되는 동시에, 식각 방법 및 조건에 따라 저유전체 층간 절연막과 실질적으로 동일한 건식 식각율을 나타내거나 매우 큰 습식 식각 선택비를 가질 수 있다. 또한 노광 및 현상 후에 보호막의 역할을 할 수 있는 갭-필 경화막 제공이 가능하여 하부 배선층의 손상없이 반도체 소자의 배선을 형성할 수 있다. 본 발명의 갭-필 조성물은 반도체 집적회로 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 갭-필 조성물은, 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 내지 20,000이고, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 방향족 고리 함유 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물; 및 유기 용매를 포함한다.
[화학식 1]
상기 식에서, n은 1 ≤ n ≤ 190의 범위에 있고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 3 내지 5중 어느 하나이고,
R3는 하기 화학식 6으로 나타내어지고,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬이다.
[화학식 2]
상기 식에서, n은 1≤ n ≤ 190의 범위에 있고,
R6는 하기 화학식 3 내지 5중 어느 하나이고,
R7은 하기 화학식 6으로 나타내어지고,
R8 내지 R11는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬이다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 및 Rb중 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 치환된 알콕시이며,
l과 m은 각각 0 내지 4이며 1과 m의 합은 4이하이다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, Ra 내지 Rd는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 내지 Rd중 적어도 하나는 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 치환된 알콕시이며,
l, m, p 및 q는 각각 0 내지 4이며 1+ m+p+q는 6이하이다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, Ra 내지 Rf 는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 내지 Rf 중 적어도 하나는 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 또는 치환된 알콕시이며,
l, m, p 및 q는 각각 0 내지 4이며 1+ m+p+q는 6이하이다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서 Rg 내지 및 Rj 는 각각 독립적으로 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ar은 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기, 치환되거나 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환되거나 비치환된 C4 내지 C30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있고,
r은 0 내지 2의 정수이고,
k는 1 내지 2 의 정수이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 반도체 소자의 배선 형성방법은 (a) 하부 배선이 하부층에 제1 절연막을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 절연막을 선택적으로 제 거하여 상기 하부 금속 배선을 개방시키는 비어 홀을 형성하는 단계; (c) 상기 비어 홀을 상기 갭-필 조성물로 매립한 후 열경화하여 갭-필 경화막을 형성하는 단계; (d) 상기 제1 절연막상에 제2 절연막을 형성하는 단계; (e) 상기 제2 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 갭-필 경화막을 개방시키는 트렌치 홀을 형성하는 단계; (f) 상기 갭-필 경화막을 제거하는 단계; (g) 상기 비어 홀 및 트렌치 홀을 도전성 물질로 매립하여 상부 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 반도체 소자의 배선 형성방법은 (a) 상기 반도체 기판 상에 차례로 제1 절연막, 제1 식각정지막, 제2 절연막 및 제2 식각정지막을 형성하는 단계; (b) 상기 제2 식각정지막상에 비어 홀 형성 용의 패턴을 갖는 레지스트 마스크를 형성하는 단계; (c) 상기 레지스트 마스크를 통하여 제1 절연막까지 비어 홀을 형성하는 단계; (d) 상기 비어 홀에 상기 갭-필 조성물을 매립하고, 열 경화하여 갭-필 경화막을 형성 단계; (e) 상기 갭-필 경화막을 식각하여 비어 홀의 바닥부에 일부 남기고 제거하는 단계; (f) 상기 제2 식각정지막에 트렌치 홀 형성용의 패턴을 갖는 레지스트 마스크를 형성하는 단계; (g) 상기 레지스트 마스크를 통하여 제2 절연막에 트렌치 홀을 형성하는 동시에, 비어 홀의 바닥부에 남은 갭-필 조성물을 제거하는 단계; (h) 상기 트렌치 홀 및 비어 홀에 도전성 물질을 매립하여 상부 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제 시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 다층 배선구조의 비어 홀 또는 트렌치 홀에 충전하여 갭-필 경화막을 형성하기 위한, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 방향족 고리 함유 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물; 및 유기 용매를 포함하는 갭-필 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 식에서, n은 1 ≤ n ≤ 190의 범위에 있고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 3 내지 5중 어느 하나이고,
R3는 하기 화학식 6으로 나타내어지고,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬이다.
[화학식 2]
상기 식에서, n은 1≤ n ≤190의 범위에 있고,
R6는 하기 화학식 3 내지 5중 어느 하나이고,
R7은 하기 화학식 6으로 나타내어지고,
R8 내지 R11는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬이다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 및 Rb중 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 또는 치환된 알콕시이며,
l과 m은 각각 0 내지 4이며 1과 m의 합은 4이하이다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, Ra 내지 Rd는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 내지 Rd중 적어도 하나는 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 또는 치환된 알콕시이며,
l, m, p 및 q는 각각 0 내지 4이며 1+ m+p+q는 6이하이다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, Ra 내지 Rf 는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 내지 Rf중 적어도 하나는 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 또는 치환된 알콕시이며,
l, m, p 및 q는 각각 0 내지 4이며 1+ m+p+q는 6이하이다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서 Rg 내지 및 Rj 는 각각 독립적으로 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,
Ar은 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기, 치환되거나 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기, 및 치환되거나 비치환된 C4 내지 C30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있고,
r은 0 내지 2의 정수이고,
k는 1 내지 2의 정수이다.
상기 화학식 3 내지 5의 구체적인 예들은 하기 화학식 a 내지 e를 들 수 있다.
[화학식 a] [화학식 b]
[화학식 c] [화학식 d]
[화학식 e]
상기 화학식 6의 구체적인 예들은 하기 화학식 g 내지 m를 들 수 있다.
[화학식 g] [화학식 h]
[화학식 i] [화학식 j]
[화학식 k] [화학식 l]
[화학식 m]
[화학식 n]
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 “알킬”이란 C1 내지 C10의 알킬을, “알케닐”이란 C2 내지 C10의 알케닐을, “알키닐”이란 C2 내지 C10의 알키닐를, "알콕시"는 C1 내지 C10의 알콕시를, “아릴”이란 C6 내지 C30의 아릴를, “헤테로아릴”란 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 7개 포함하는 C2 내지 C30의 헤테로아릴을, “아릴알킬”란 C7 내지 C30의 아릴알킬, “헤테로아릴알킬”란 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 7개 포함하는 C4 내지 C30의 헤테로아릴알킬을, “사이클로알킬”이란 C3 내지 C20의 사이클로알킬을, “헤테로사이클로알킬”란 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 7개 포함하는 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬을 의미한다.
또한 본 명세서에서 “치환”이란, 화합물중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C10의 알킬기, C2 내지 C10의 알케닐기, C2 내지 C10의 알키닐기, C1 내지 C10의C6 내지 C30의 아릴기, C7 내지 C30의 아릴알킬기, C4 내지 C30의 헤테로아릴알킬기, 및 C3 내지 C20의 사이클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환된 것을 의미한다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2의 방향족 고리 함유 화합물 또는 이들의 혼합물은 열가교성 화합물로서 유기 용매에 용해되어 갭-필 조성물을 구성한다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물은 짧은 파장 영역에서 강한 흡수를 갖는 방향족 고리를 포함한다. 또한 이러한 화학식 1 또는 2의 화합물이 중합하여 각각 중합체를 이루는 경우(화학식 1 및 2에서 각각 n이 2 이상인 경우) 방향족 고리는 중합체의 골격 부분 내에 존재하는 것이 바람직하다. 골격에 위치하는 방향족 고리의 중합체는 에치 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 방향족 고리 함유 화합물은 가교 반응을 할 수 있는 그룹을 상당량 포함하는 것이 바람직한데, 이 그룹에 의해 중합체끼리 가교 반응이 진행될 수 있다. 또한 추가적으로 추후 설명되는 가교제를 더 포함할 경우 중합체와 가교제의 가교 반응도 진행될 수 있다. 또한 상기 방향족 고리 함유 화합물은 종래의 스핀-코팅에 의해 갭-필 경화막을 형성시키는 데 도움이 되는 유기 용매에 용해되는 특성 및 막 형성(film-forming) 특성을 가져야 한다.
본 발명의 방향족 고리 함유 화합물은 약 1,000 내지 20,000의 중량 평균 분자량(Mw)를 가지는 것이 바람직하고 약 1000 내지 10,000의 중량 평균 분자량을 가지는 것이 더 바람직하다. 분자량이 1000 내지 10,000의 범위는 가지는 경우에 홀 패턴에 채워지는 필링 특성이 특히 좋다.
상기 방향족 고리 함유 화합물은 상기 유기 용매 100 중량부에 대해서 1 내지 30 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 방향족 고리 함유 중합체가 1 중량부 미만이거나 30 중량부를 초과하여 사용할 경우 목적하는 코팅두께 미만으로 되거나 초과하게 되어 정확한 코팅두께를 맞추기 어렵다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 방향족 고리 함유 화합물은 1 내지 20 중량%의 양으로 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 2 내지 15 중량%의 양으로 사용될 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 3 내지 10 중량%의 양으로 사용될 수 있다. 상기 범위에서 갭-필 조성물의 바람직한 코팅 특성을 얻을 수 있다.
상기 유기 용매는 상기 방향족 고리 함유 화합물에 대한 충분한 용해성을 갖는 유기 용매라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 카르복실레이트, 에테르, 케톤 등의 용매가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)와 같은 알킬렌글리콜 모노알킬에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(PGME)와 같은 알킬렌글리콜모노알킬에테르, 사이클로헥사논(Anone), 에틸락테이트(EL) 등을 들 수 있다. 상기 유기 용매에서 알킬, 및 알킬렌은 C1 내지 C20의 알킬 및 알킬렌인 것이 바람직하다.
상기 유기 용매의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 원활한 코팅성 부여를 위해 조성물 100중량부에 대하여 75 내지 99 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 갭-필 조성물은 가교반응을 촉진시킬 수 있는 촉매, 가교 정도를 강화시킬 수 있는 가교제, 및 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
상기 촉매로는 산 촉매 또는 염기 촉매가 사용가능하다. 상기 산 촉매로는 p-톨루엔술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid mono hydrate)과 같은 유기산이 사용될 수 있고, 또한 보관안정성을 도모한 TAG(Thermal Acid Generater) 계통의 화합물을 촉매로 사용할 수 있다. TAG는 열 처리시 산을 방출하도록 되어있는 산 생성제 화합물로서 예를 들어 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(Pyridinium p-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트, 유기 술폰산의 알킬 에스테르(여기에서 알킬은 C1 내지 C20의 알킬임) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 염기 촉매로는 2-메틸이미다졸(Methylimidazole)과 같은 이미다졸계 화합물이 사용될 수 있다.
상기 촉매는 조성물 100 중량부에 대하여 0.001 내지 0.05 중량부로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 0.001 내지 0.03 중량부로 사용될 수 있다. 상기 촉매가 0.001 중량부 미만일 경우 바람직한 가교특성이 나타나지 않을 수 있고 0.05 중량부 초과할 경우 과량투입에 의한 보관안정성에 영향을 줄 수 있다.
상기 가교제는 첨가되는 촉매에 의해 촉매 작용화될 수 있는 방식으로 방향족 고리 함유 화합물의 히드록시기 또는 알콕시기와 반응될 수 있는 가교제인 것이 바람직하다. 상기 가교제로는 에테르화된 아미노 수지; 알킬화된 멜라민 수지(N-메톡시메틸-멜라민 수지 또는 N-부톡시메틸-멜라민 수지); 에테르화된 아미노 수지, 알킬화된, 예를 들어 메틸화되거나 부틸화된 우레아 레진(Urea Resin)(Cymel U-65 Resin 또는 UFR 80 Resin); 하기 화학식 7의 구조와 같은 알킬화된, 예를 들어 메틸화된/부틸화된 글리콜루릴(Glycouryl; Powderlink 1174); 캐나다 특허 제1 204 547호에 기재된 화합물; 2,6-비스(히드록시메틸)-p-크레졸 화합물을 비롯한 하기 화학식 7의 메틸화/부틸화된 글리콜루릴을 갖는 화합물; 일본 특허 공개 제1-293339호에 기재된 화합물이 포함된다. 상기한 아미노 수지 및 글리콜루릴은 사이텍 인더스트리(Cytec Industries)로부터 구입 가능하다. 또한 비스에폭시계 화합물도 가교제로 사용할 수 있다.
이 포함된다. 상기한 아미노 수지 및 글리콜루릴은 사이텍 인더스트리(Cytec Industries)로부터 구입 가능하다. 또한 비스에폭시계 화합물도 가교제로 사용할 수 있다.
[화학식 7]
상기 가교제는 조성물 100중량부에 대하여 가교제 0.05 내지 5 중량부로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 가교제가 0.05 중량부 미만일 경우 가교특성이 나타나지 않을 수 있고, 5 중량부를 초과할 경우 과량 투입에 의해 패턴 프로파일의 변형 및 베이크 공정시 휘발성분발생으로 인한 리데포지션 오염이 발생할 수 있다.
본 발명의 갭-필 조성물은 추가적으로 계면 활성제 등의 첨가제를 함유할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 갭-필 조성물을 사용하여 배선을 형성하는 방법을 제공한다. 듀얼 디마신 공정에 따라 배선을 형성하기 위해서는 상기 갭-필 조성물로 형성된 갭-필 경화막은 층간 절연막과 건식 식각율이 실질적으로 동일하거나 갭-필 경화막:층간 절연막의 건식 식각비가 4:1 이하인 물질이어야 한다. 또한 후속 습식 식각 공정에서 층간 절연막에 비해 매우 빠른 습식 식각 속도를 가지는 물질이어야 한다. 바람직하기로는 갭-필 경화막:층간 절연막의 습식 식각비가 20:1 이상인 특성인 지닌 물질이야 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 반도체 소자의 배선 형성방법은 (a) 하부 배선이 하부층에 제1 절연막을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 하부 금속 배선을 개방시키는 비어 홀을 형성하는 단계; (c) 상기 비어 홀을 상기 갭-필 조성물로 매립한 후 열경화하여 갭-필 경화막을 형성하는 단계; (d) 상기 제1 절연막상에 제2 절연막을 형성하는 단계; (e) 상기 제2 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 갭-필 경화막을 개방시키는 트렌치 홀을 형성하는 단계; 상기 갭-필 경화막을 제거하는 단계; (f) 상기 비어 홀 및 트렌치 홀을 도전성 물질로 매립하여 상부 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 반도체 소자의 배선 형성방법은 (a) 상기 반도체 기판 상에 차례로 제1 절연막, 제1 식각정지막, 제2 절연막 및 제2 식각정지막을 형성하는 단계; (b) 상기 제2 식각정지막상에 비어 홀 형성 용의 패턴을 갖는 레지스트 마스크를 형성하는 단계; (c) 상기 레지스트 마스크를 통하여 제1 절연막까지 비어 홀을 형성하는 단계; (d) 상기 비어 홀에 상기 갭-필 조성물을 매립하고, 열 경화하여 갭-필 경화막을 형성 단계; (e) 상기 갭-필 경화막을 식각하여 비어 홀의 바닥부에 일부 남기고 제거하는 단계; (f) 상기 제2 식각정지막에 트렌치 홀 형성용의 패턴을 갖는 레지스트 마스크를 형성하는 단계; (g) 상기 레지스트 마스크를 통하여 제2 절연막에 트렌치 홀을 형성하는 동시에, 비어 홀의 바닥부에 남은 갭-필 조성물을 제거하는 단계; (h) 상기 트렌치 홀 및 비어 홀에 도전성 물 질을 매립하여 상부 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 갭-필 조성물을 이용하여 반도체 소자의 배선을 형성하는 방법을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 반도체 소자의 듀얼 다마신 패턴 형성 공정을 도시한 공정별 단면도이다. 도 1을 참조하면, 먼저 하부 배선이 형성된 하부층(1) 상에 저온 산화막을 증착하여 제1절연막(3)을 형성한다. 그 다음, 상기 제1절연막(3)을 관통하는 비어 홀(20)을 형성하기 위하여 상기 제1절연막(3) 상에 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 통하여 일정한 형태를 지닌 제1감광막 패턴(10)을 형성한다. 이어서, 상기 제1감광막 패턴(10)을 마스크로 하는 식각으로 상기 제1절연막(3)을 선택적으로 제거한다. 그리하여, 선택적으로 제거된 제1절연막(3)을 관통하여 상기 하부 배선을 개방시키는 비어 홀(10)을 형성한다. 다음으로, 상기 비어 홀(20)을 갭-필 조성물로 매립하기 위하여 먼저 상기 제1감광막 패턴(10)을 제거하고 상기 제1절연막(3) 전면상에 갭-필 조성물(30)을 충분한 두께로 도포한다. 이때, 갭-필 조성물(30)의 두께는 무패턴 영역에서 500 Å 이상이 되도록 스핀-코팅법을 통하여 형성할 수 있고, 가열경화가 일어나도록 80 내지 400 ℃ 의 온도, 바람직하게는 80 내지 300 ℃의 온도로 가열하여 갭-필 경화막(32)을 형성할 수 있다. 이후에, 상기 제1절연막(3)이 노출되도록 상기 갭-필 경화막(32)을 화학기계적 연마(CMP; Chemical mechanical polishing) 공정이나 에치백(etchback) 공정으로 일부 제거한다. 따라서, 상기 비어 홀(20)에만 갭-필 경화막(32)이 존재하도록 한다.
이후에, 상기 제1절연막(3) 상에 저온 산화막을 증착하여 제2절연막(7)을 형성한다. 상기 제2절연막(7)을 관통하는 트렌치 홀을 형성하기 위한 목적으로 상기 제2절연막(7) 상에 포토리소그래피 공정을 통하여 일정한 형태를 지닌 제2감광막 패턴(12)을 형성한다. 다음에, 상기 제2감광막 패턴(12)을 마스크로 하는 식각으로 상기 제2절연막(7)을 선택적으로 제거한다. 선택적으로 제거된 제2절연막(7)에는 상기 갭-필 경화막(32)을 개방시키는 트렌치 홀(22)이 형성된다.
상기 비어 홀을 매립하는 갭-필 경화막(32)은 식각 배리어(Etch Barrier) 역할을 하게 되어 상기 비어 홀 측벽 및 하부 배선을 보호할 수 있다. 즉, 상기 비어 홀 측벽 및 하부배선은 손상을 입지 않는다.
이후에, 상기 갭-필 경화막(32)을 제거하여 상기 비어 홀(20)과 트렌치홀(22)로 이루어진 듀얼 다마신 패턴을 형성한다. 상기 비어 홀(20) 및 트렌치 홀(22)를 소정의 금속, 예를 들어 구리, 알루미늄, 또는 텅스텐 등과 같은 도전성 물질(26)로 매립하여 상부 배선을 형성한다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
[합성예 1]
(9,9-비스히드록시페닐플루오렌과 1,4-비스메톡시메틸벤젠 공중합체의 합성)
기계교반기, 냉각관을 구비한 3 L의 4구 플라스크에 9,9-비스히드록시페닐플 루오렌 350.41 g (1.0 mol)과 디에틸설페이트(Diethyl Sulfate) 3.08 g (0.02 mol)과 프로필렌글리콜모노메틸에테르 350 g을 넣고 반응기의 온도를 115 ℃로 유지시키면서 교반시켜 완전히 용해시켜 주었다. 10분 후에 1,4-비스메톡시메틸벤젠 166.22 g(1 mol)을 적하한 다음 동일한 온도에서 15시간 동안 반응을 실시하였다. 반응종료를 위해 중화제로 트리에탄올아민 2.98 g(0.02 mol)을 투입하여 종료하였다. 반응종료 후 물/메탄올 혼합물을 사용하여 산을 제거하였고, 이어서 메탄올을 사용하여 올리고머 및 모노머를 함유하는 저분자량체를 제거하여 하기 화학식 8로 나타내어지는 중합체(Mw = 10,000, 분산도(polydispersity) = 2.0, n = 17)를 얻었다.
[화학식 8]
[합성예 2]
(9,9-비스히드록시페닐플루오렌과 4,4'-비스메톡시메틸-비스페닐 공중합체의 합성)
1 mol의 4,4'-비스메톡시메틸-비스페닐 242.31 g을 1 mol의 1,4-비스메톡시메틸벤젠 166.22 g 대신에 반응기에 가한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 과정으로 하기 화학식 9로 나타내어지는 중합체를 합성하였다.
얻어진 공중합체의 분자량 및 분산도를 테트라하이드로퓨란하에서 GPC에 의해 측정한 결과 중량 평균 분자량(Mw) 11,000, 분산도 2.0의 고분자(n= 16)를 얻었다.
[화학식 9]
[합성예 3]
(1-나프톨과 9,10-비스메톡시메틸안트라센 공중합체의 합성)
1 mol의 1-나프톨 144.17 g을 9,9-비스히드록시페닐플루오렌 350.41 g 대신에 반응기에 가한 것, 1 mol의 9,10-비스메톡시메틸안트라센 266.33 g 을 1,4-비스 메톡시메틸벤젠 166.22 g 대신에 반응기에 가한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 과정으로 하기 화학식 10으로 나타내어지는 중합체를 합성하였다.
얻어진 공중합체의 분자량 및 분산도를 테트라하이드로퓨란하에서 GPC에 의해 측정한 결과 중량 평균 분자량(Mw) 10,000, 분산도 2.1 의 고분자(n=14)를 얻었다.
[화학식 10]
상기 화학식 10에서 m/n의 몰비는 40:60이다.
[합성예 4]
(플루오레닐리덴디페놀과 1,4-비스메톡시메틸벤젠 공중합체의 합성)
1 mol의 플루오레닐리덴디페놀 393.50 g을 1 mol의 4,4'-(9-플루오레닐리덴)디비닐페놀 445.58 g 대신에 반응기에 가한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 과정으로 하기 화학식 11로 나타내어지는 중합체를 합성하였다.
얻어진 공중합체의 중량 평균 분자량 및 분산도를 테트라하이드로퓨란하에서 GPC에 의해 측정한 결과 중량 평균 분자량 10,000, 분산도 1.9 의 고분자(n=17)를 얻었다.
[화학식 11]
[실시예 1 내지 3]
합성예 1 내지 3 에서 만들어진 고분자를 각각 0.8 g씩 계량하여 2-메틸이미다졸 2mg을 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 (Propylene glycol monomethylether acetate, 이하 PGMEA이라 칭함) 9 g 에 넣어서 녹인 후 여과하여 각각 실시예 1 내지 3의 샘플용액을 만들었다.
[실시예 4 내지 7]
합성예 1 내지 4 에서 만들어진 고분자를 각각 0.8 g씩 계량하여 하기 화학식 7의 가교제(Powderlink 1174) 0.2 g, 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(Pyridinium p-toluene sulfonate) 2 mg을 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(Propylene glycol monomethylether acetate, 이하 PGMEA이라 칭함) 9 g 에 넣어서 녹인 후 여과하여 각각 실시예 4 내지 7의 샘플용액을 만들었다.
[화학식 7]
[실시예 8]
실시예 1 내지 7에 의해 제조된 샘플용액을 각각 실리콘웨이퍼에 스핀-코팅법으로 코팅한 후, 240 ℃ 온도에서 60초 동안 열처리하여 경화막을 얻었다.
이 때 형성된 경화막들에 대한 굴절률(refractive index; n)과 흡광계수(extinction coefficient; k)를 각각 구하였다. 사용기기는 Ellipsometer (J. A. Woollam 사) 이고 그 측정결과를 표 1에 나타내었다.
표 1
| 경화막 제조에 사용된 샘플 | 광학 특성 (193nm) | 광학 특성 (248nm) | ||
| n(굴절율) | k(흡광계수) | n(굴절율) | k(흡광계수) | |
| 실시예 1 | 1.47 | 0.68 | 1.91 | 0.21 |
| 실시예 2 | 1.43 | 0.31 | 2.12 | 0.30 |
| 실시예 3 | 1.21 | 0.35 | 2.11 | 0.64 |
| 실시예 4 | 1.46 | 0.65 | 1.90 | 0.20 |
| 실시예 5 | 1.42 | 0.30 | 2.10 | 0.30 |
| 실시예 6 | 1.20 | 0.34 | 2.10 | 0.63 |
| 실시예 7 | 1.44 | 0.63 | 1.90 | 0.20 |
| 비교예 1 | ||||
표 1에서 보는 바와 같이 ArF(193 nm) 및 KrF(248 nm) 파장에서 갭-필 경화막으로서 사용가능한 굴절률 및 흡수도가 있음을 확인하였으나 단, 실시예 3과 6의 248 nm 흡광계수는 매우 낮은 수준임을 확인할 수 있었다. 이로부터 본 발명에 따른 갭-필 조성물로부터 형성된 경화막의 식각 선택비가 매우 높음을 알 수 있다.
[실시예 9]
실시예 1 내지 7에서 만들어진 샘플용액을 각각 실리콘 나이트라이드가 입혀진 실리콘웨이퍼 위에 스핀-코팅법으로 코팅하여 60 초간 200 ℃에서 베이크하여 두께 4000 Å의 경화막을 형성시켰다.
형성된 각각의 경화막 위에 실리콘 ARC를 1100 Å으로 코팅하고 240 ℃에서 60초간 베이크하였다. 이후 실리콘 ARC 상부에 ArF PR을 1700 Å 코팅하고 110 ℃에서 60 초간 구운 후 ASML(XT:1400, NA 0.93)사의 노광장비를 사용해 각각 노광을 한 다음 TMAH(2.38wt% 수용액)로 각각 현상하였다. 그리고 FE-SEM을 사용하여 63 nm의 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 각각 고찰한 결과 하기 표 2와 같은 결과를 얻었다. 노광량의 변화에 따른 EL(expose latitude) 마진(margin)과 광원과의 거리변동에 따른 DoF(depth of focus) 마진을 고찰하여 표 2에 기록하였다.
표 2
| 패턴특성 | |||
| EL 마진 ( mJ/exposure energy mJ) | DoF 마진 (㎛) | Profile | |
| 실시예 1 | 4 | 0.25 | cubic |
| 실시예 2 | 4 | 0.25 | cubic |
| 실시예 3 | 4 | 0.25 | cubic |
| 실시예 4 | 4 | 0.25 | cubic |
| 실시예 5 | 4 | 0.25 | cubic |
| 실시예 6 | 4 | 0.25 | cubic |
| 실시예 7 | 4 | 0.25 | cubic |
상기 표 2의 결과로부터 실시예 1 내지 7의 샘플용액으로 제조된 경화막은 다중 에칭에 대한 내성이 충분하여 하부층의 보호막을 형성할 수 있는 경화막 필름의 에치 프로파일이 매우 양호하고, 레지스트와 이면층 간의 반사성을 최소화할 수 있으며, 이에 의해 패턴 프로파일이나 마진면에서 우수함을 알 수 있다.
[실시예 10]
실시예 1 내지 7에서 각각 패턴화된 시편을 CHF3/CF4 혼합가스로 PR을 마스크로 하여 실리콘 ARC의 드라이 에칭을 진행하고 이어서 O2/N2 혼합가스로 실리콘 ARC를 마스크로 하여 경화막을 드라이 에칭을 다시 진행하였다. 이후 CHF3/CF4 혼합가스로 경화막을 마스크로 하여 실리콘 나이트라이드의 드라이 에칭이 진행하고 난 뒤 남아 있는 경화막 및 유기물에 대해 O2 애슁 및 웨트 스트립(wet Strip) 공정을 진행하였다.
경화막 에칭과 실리콘 나이트라이드 에칭 직후 각각의 시편에 대해 FE-SEM으로 단면을 각각 고찰하여 표 3에 결과를 수록하였다.
표 3
| 경화막 제조에 사용된 샘플 | 경화막 에칭 후 패턴 모양 | 실리콘 나이트라이드 에칭후 패턴모양 |
| 실시예 1 | 수직모양(Anisotropic) | 수직모양(Anisotropic) |
| 실시예 2 | 수직모양(Anisotropic) | 수직모양(Anisotropic) |
| 실시예 3 | 수직모양(Anisotropic) | 수직모양(Anisotropic) |
| 실시예 4 | 수직모양(Anisotropic) | 수직모양(Anisotropic) |
| 실시예 5 | 수직모양(Anisotropic) | 수직모양(Anisotropic) |
| 실시예 6 | 수직모양(Anisotropic) | 수직모양(Anisotropic) |
| 실시예 7 | 수직모양(Anisotropic) | 수직모양(Anisotropic) |
표 3의 결과로부터 경화막 에칭 후 및 실리콘 나이트라이드 에칭 후 패턴 모양이 각각의 경우 모두 양호하여 경화막의 에칭가스에 의한 내성이 충분하여 실리콘 나이트라이드의 에칭이 양호하게 수행된 것으로 판단된다.
[비교합성예 1]
(9,9-비스히드록시페닐플루오렌과 1,4-비스메톡시메틸벤젠 공중합체의 합성(2))
9,9-비스히드록시페닐플루오렌 350.41 g(1.0 mol)과 디에틸설페이트(Diethyl Sulfate) 3.08 g(0.02 mol)과 프로필렌글리콜모노메틸에테르 350 g을 반응기에 가하여 합성예 1과 동일한 과정으로 상기 화학식 9로 나타내어지는 중합체를 합성하였다.
얻어진 공중합체의 중량 평균 분자량 및 분산도를 테트라하이드로퓨란하에서 GPC에 의해 측정한 결과 중량 평균 분자량 25,000, 분산도 2.2의 고분자(n=20)를 얻었다.
[비교예 1]
비교합성예 1에서 만들어진 고분자를 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 3과 동일하게 실시하여 샘플용액을 만들었다.
보이드
발생여부
평가
실시예 1 내지 7 및 비교예 1에서 만들어진 샘플용액을 각각 실리콘옥사이드로 패턴이 형성된 실리콘웨이퍼에 코팅하였다. 상기 패턴이 형성된 실리콘웨이퍼는 다음과 같이 준비하였다. 먼저, 실리콘웨이퍼에 플라즈마 인핸스드 티이오에스(PE-TEOS;Plasma Enhanced TetraEthylOrthoSilicate) 층을 화학기상증착법(CVD;Chemical Vapor Deposition)으로 6000 Å의 두께로 증착을 시켰다. 상기 플라즈마 인핸스드 티이오에스 층위에 KrF용 ARC를 580 Å으로 코팅하고, 240 ℃에서 60초간 베이크하였다. 이후 실리콘 ARC 상부에 KrF PR을 7500 Å 코팅하고 110 ℃ 에서 60 초간 베이크한 후 노광을 한 다음 TMAH(2.38wt% 수용액)로 각각 현상하였다. 노광 진행 시에 사용한 포토마스크는 200 nm 폭과 600 nm 길이의 컨택 앤드 홀의 패턴을 가진다. 그리고 FE-SEM을 사용하여 200 nm 폭과 600 nm 길이의 컨택 앤드 홀의 패턴을 확인하였다. 상기 패턴이 형성된 웨이퍼에 실시예 1 내지 7 및 비교예 1에서 만들어진 샘플용액을 각각 스핀 코팅하였다. 코팅 후에 240 ℃에서 60초 동안 베이크하여 경화시킨 후, FE-SEM을 사용하여 홀에 채워진 샘플 용액이 보이드 등의 결함 없이 완전 충진되었는지 확인하였다. 대표적으로 실시예 1과 비교예 1의 결과를 각각 도 2와 도 3에 나타내었다. 도 2와 도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예 1의 샘플용액은 홀에 보이드 없이 완전히 충진되었으나, 비교예 1의 샘플용액은 보이드가 발생하였으며, 홀에 용액이 완전히 충진되지 못했다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 갭-필 조성물을 이용하여 반도체 소자의 배선을 형성하는 공정을 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1의 샘플 용액을 패턴이 형성된 웨이퍼에 스핀 코팅한 후 경화시킨 FE-SEM사진이다.
도 3은 비교예 1의 샘플 용액을 패턴이 형성된 웨이퍼에 스핀 코팅한 후 경화시킨 FE-SEM사진이다.
Claims (9)
- (a) 하부 배선이 형성된 하부층에 제1 절연막을 형성하는 단계;(b) 상기 제1 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 하부 금속 배선을 개방시키는 비어 홀을 형성하는 단계;(c) 상기 비어 홀을 갭-필 조성물로 매립한 후 열경화하여 갭-필 경화막을 형성하는 단계;(d) 상기 제1 절연막상에 제2 절연막을 형성하는 단계;(e) 상기 제2 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 갭-필 경화막을 개방시키는 트렌치 홀을 형성하는 단계;(f) 상기 갭-필 경화막을 제거하는 단계; 및(g) 상기 비어 홀 및 트렌치 홀을 도전성 물질로 매립하여 상부 배선을 형성하는 단계를 포함하며,상기 갭-필 조성물은, 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 내지 20,000이고, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 방향족 고리 함유 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물; 및 유기 용매를 포함하는 것인반도체 소자의 배선 형성방법:[화학식 1]
상기 식에서, n은 1 ≤n ≤ 190의 범위에 있고,R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 3 내지 5중 어느 하나이고,R3는 하기 화학식 6으로 나타내어지고,R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬이다.[화학식 2]
상기 식에서, n은 1≤ n≤ 190의 범위에 있고,R6는 하기 화학식 3 내지 5중 어느 하나이고,R7은 하기 화학식 6으로 나타내어지고,R8 내지 R11는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬이다.[화학식 3]
상기 화학식 3에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,Ra 및 Rb중 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 또는 치환된 알콕시이며,l과 m은 각각 0 내지 4이며 1과 m의 합은 4이하이다.[화학식 4]
상기 화학식 4에서, Ra 내지 Rd는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,Ra 내지 Rd중 적어도 하나는 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 또는 치환된 알콕시이며,l, m, p 및 q는 각각 0 내지 4이며 1+ m+p+q는 6이하이다.[화학식 5]
상기 화학식 5에서, Ra 내지 Rf 는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,Ra 내지 Rf중 적어도 하나는 적어도 하나는 하이드록시, 알콕시, 또는 치환된 알콕시이며,l, m, p 및 q는 각각 0 내지 4이며 1+ m+p+q는 6이하이다.[화학식 6]
상기 화학식 6에서 Rg 내지 및 Rj 는 각각 독립적으로 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알케닐, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C10의 알키닐, 하이드록시, 치환되거나 비치환된 C1 내지 C10의 알콕시, 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴, 치환되거나 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴, 및 치환되거나 비치환된 C1 내지 C20의 헤테로사이클로알킬로 이루어진 군에서 선택되며,Ar은 치환되거나 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환되거나 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기, 치환되거나 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환되거나 비치환된 C4 내지 C30의 헤테로아릴알킬기로 이루어진 군에서 선택될 수 있고,r은 0 내지 2의 정수이고,k는 1 내지 2 의 정수이다. - 삭제
- 제1항에 있어서,상기 갭-필 조성물은 촉매를 갭-필 조성물 100 중량부에 대하여 0.001 내지 0.05중량부 더 포함하는 것인 반도체 소자의 배선 형성방법.
- 제3항에 있어서,상기 촉매는 p-톨루엔 술폰산 모노 하이드레이트(p-toluenesulfonic acid mono hydrate), 피리디늄 P-톨루엔 술포네이트 (Pyridinium P-toluene sulfonate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트, 유기 술폰산의 알킬 에스테르, 2-메틸이미다졸, 및 이들의 조합으로 이루어진 것인 반도체 소자의 배선 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 갭-필 조성물은 가교제를 갭-필 조성물 100 중량부에 대하여 0.05 내지 3 중량부 더 포함하는 것인 반도체 소자의 배선 형성방법.
- 제5항에 있어서,상기 가교제는 아미노 수지, 멜라민 수지, 글리콜루릴 화합물, 비스에폭시계 화합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 반도체 소자의 배선 형성방법.
- 삭제
- (a) 반도체 기판 상에 차례로 제1 절연막, 제1 식각정지막, 제2 절연막 및 제2 식각정지막을 형성하는 단계;(b) 상기 제2 식각정지막상에 비어 홀 형성 용의 패턴을 갖는 레지스트 마스크를 형성하는 단계;(c) 상기 레지스트 마스크를 통하여 제1 절연막까지 비어 홀을 형성하는 단계;(d) 상기 비어 홀에 제1항에 기재된 갭-필 조성물을 매립하고, 열 경화하여 갭-필 경화막을 형성 단계;(e) 상기 갭-필 경화막을 식각하여 비어 홀의 바닥부에 일부 남기고 제거하는 단계;(f) 상기 제2 식각정지막에 트렌치 홀 형성용의 패턴을 갖는 레지스트 마스크를 형성하는 단계;(g) 상기 레지스트 마스크를 통하여 제2 절연막에 트렌치 홀을 형성하는 동시에, 비어 홀의 바닥부에 남은 갭-필 조성물을 제거하는 단계;(h) 상기 트렌치 홀 및 비어 홀에 도전성 물질을 매립하여 상부 배선을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 배선 형성방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 방향족 고리 함유 화합물은 유기 용매 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부로 사용되는 것인 반도체 소자의 배선 형성방법.
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| KR20060116133A (ko) * | 2005-05-09 | 2006-11-14 | 제일모직주식회사 | 반사방지성을 갖는 하드마스크 조성물 |
| KR20060122449A (ko) * | 2005-05-27 | 2006-11-30 | 제일모직주식회사 | 반사방지성을 갖는 하드마스크 조성물 |
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