KR101150533B1 - Hard mask composition and pattern forming method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 제조 공정 중, 주로 193 nm ArF 광원을 이용한 리소그라피용 포토레지스트의 초미세 패턴 형성 공정에서, 기존의 BARC 및 SiON 의 2층을 대체하거나 BARC, SiON, 및 비정질 탄소의 3층을 대체할 수 있는 하드마스크용 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention is to replace the existing two layers of BARC and SiON, or to replace three layers of BARC, SiON, and amorphous carbon in the process of forming an ultrafine pattern of a photoresist for lithography using a 193 nm ArF light source. The present invention relates to a hard mask composition and a pattern forming method using the same.
유기 반사방지층, 가교제, 흡광도, 식각 속도, 실리콘, 하드마스크 Organic antireflection layer, crosslinking agent, absorbance, etch rate, silicon, hard mask
Description
도 1은 기존 하드마스크 공정 도면의 개략도이며,1 is a schematic diagram of a conventional hardmask process drawing,
도 2는 본 발명의 2층 대체용 하드마스크 공정 도면의 개략도이고,2 is a schematic diagram of a two-layer replacement hardmask process diagram of the present invention;
도 3은 본 발명의 3층 대체용 하드마스크 공정 도면의 개략도이고,3 is a schematic diagram of a three-layer replacement hardmask process diagram of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예 2 에 따른 포토레지스트 패턴을 나타내는 전자현미경 사진이고,4 is an electron micrograph showing a photoresist pattern according to Example 2 of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예 3 에 따른 식각 후의 하드마스크 패턴을 나타내는 전자현미경 사진이다.5 is an electron micrograph showing a hard mask pattern after etching according to Example 3 of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 유기 반사방지층 2: SiON 하드마스크층1: Organic Antireflection Layer 2: SiON Hard Mask Layer
3: 비정질 탄소 하드마스크층 4: 피식각층3: amorphous carbon hard mask layer 4: etching layer
5: 포토레지스트 패턴 12: 본 발명의 하드마스크층5: photoresist pattern 12: hardmask layer of the present invention
본 발명은 반도체 소자 제조 공정 중, 주로 193 nm ArF 광원을 이용한 리소 그라피용 포토레지스트의 초미세 패턴 형성 공정에서, 기존의 BARC 및 SiON 의 2층을 대체하거나 BARC, SiON, 및 비정질 탄소의 3층을 대체할 수 있는 하드마스크용 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention is to replace the existing two layers of BARC and SiON, or three layers of BARC, SiON, and amorphous carbon in the process of forming a micro pattern of the photoresist for lithography mainly using a 193 nm ArF light source during the semiconductor device manufacturing process It relates to a composition for a hard mask and a pattern forming method using the same.
반도체 소자 제조 공정 중 리소그라피용 포토레지스트의 패턴 형성 공정에 사용되는 유기 반사방지층 (BARC; Bottom Anti-Reflective Coating)은 하부층으로부터의 난반사를 방지하고 포토레지스트층 자체의 두께 변화에 의한 정재파를 제거하여 포토레지스트의 균일도를 증가시키는 반사방지층의 역할을 수행해왔다.The bottom anti-reflective coating (BARC) used in the pattern formation process of the photoresist for lithography during the semiconductor device manufacturing process prevents diffuse reflection from the bottom layer and removes standing waves due to the thickness change of the photoresist layer itself. It has acted as an antireflective layer to increase the uniformity of the resist.
한편, 소자가 점점 미세화되어감에 따라, 포토레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지하기 위해 포토레지스트층의 두께 또한 급속히 줄어들고 있으며, 이에 따라 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 유기 반사방지층을 식각할 때 식각 속도를 증가시켜 유기 반사방지층이 쉽게 제거될 수 있도록, 다양한 유기 반사방지층용 중합체 및 가교제가 개발되어 왔다.On the other hand, as the device becomes more and more fine, the thickness of the photoresist layer is also rapidly decreasing to prevent the photoresist pattern from falling down. Accordingly, the etching rate when the organic antireflection layer is etched by using the photoresist pattern as an etching mask. Various polymers and crosslinking agents for organic antireflective layers have been developed so that the organic antireflective layer can be easily removed by increasing.
그럼에도 불구하고, 종래에는 포토리소그라피 공정시 하드마스크의 식각 선택비 문제를 고려하여 피식각층(4) 상부에; 비정질 탄소 하드마스크층(3); 비정질 탄소 하드마스크층(3)에 대하여 바람직한 식각 선택비를 갖는 SiON 하드마스크층(2), 유기 반사방지층(1); 및 포토레지스트 패턴(5)이 순차적으로 형성되는 복잡한 다층 구조를 이룰 수밖에 없었다 (도 1 참조).Nevertheless, conventionally, in the photolithography process in consideration of the etching selectivity problem of the hard mask on the etched layer (4) above; Amorphous
따라서, 기존 유기 반사방지층의 역할을 함과 동시에 비정질 탄소에 비해 낮은 식각 선택비를 가지를 재료를 개발하여 공정을 단순화시킬 필요가 있다.Therefore, there is a need to simplify the process by developing a material having a lower etching selectivity compared to amorphous carbon while serving as an existing organic antireflection layer.
이러한 재료를 개발하기 위해서는 먼저 종래의 유기 반사방지층을 효과적으 로 대체할 수 있어야 하는데, 유기 반사방지층을 형성하기 위한 조성물은 하기 요건을 충족해야 한다:In order to develop such a material, it is first necessary to effectively replace the conventional organic antireflective layer, and the composition for forming the organic antireflective layer must satisfy the following requirements:
(1) 반사방지층을 코팅한 후, 그 상부에 포토레지스트층을 코팅하는 공정에서, 포토레지스트 조성물 내의 유기 용매에 의해 반사방지층이 용해되지 않아야 한다. 이를 위해서는 반사방지층 조성물을 코팅하고, 베이크를 진행하여 반사방지층을 적층하는 공정에 있어서, 상기 반사방지층이 가교 구조를 가지도록 설계되어야 하며, 이때 부산물로서 다른 화학 물질이 발생해서는 안 된다.(1) After coating the antireflection layer, in the step of coating the photoresist layer thereon, the antireflection layer should not be dissolved by an organic solvent in the photoresist composition. To this end, in the process of coating the antireflective layer composition, baking and laminating the antireflective layer, the antireflective layer should be designed to have a crosslinked structure, and other chemicals should not be generated as by-products.
(2) 하부층으로부터의 난반사를 억제하기 위하여, 노광 광원의 파장 대에서 흡광도가 있는 물질을 함유해야 한다.(2) In order to suppress the diffuse reflection from the underlying layer, it should contain a substance with absorbance in the wavelength band of the exposure light source.
(3) 마지막으로, 상기 반사방지층 조성물을 적층하는 공정에 있어서, 상기 가교 반응을 활성화하기 위한 촉매를 함유해야 한다.(3) Finally, in the step of laminating the antireflection layer composition, a catalyst for activating the crosslinking reaction should be contained.
또한, 상기와 같은 조건을 만족하더라도, 종래의 유기 반사방지층을 효과적으로 대체하려면 비정질 탄소 등의 하부층의 재료에 대한 식각 선택비 확보가 무엇보다 중요하다.In addition, even if the above conditions are satisfied, in order to effectively replace the conventional organic antireflection layer, it is important to secure an etching selectivity for the material of the lower layer such as amorphous carbon.
이에 본 발명의 목적은, 반도체 소자 제조 공정 중 리소그라피 공정에서 형성되는 패턴의 균일도 향상 및 식각 선택비의 개선을 위해, 기존 반사방지층의 역할을 수행함과 동시에 식각시 포토레지스트 물질과 유사하거나 상대적으로 큰 식각 선택비를 가지고, 하부층인 비정질 탄소층에 비해 매우 작은 식각 선택비를 유지하는 하드마스크용 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to improve the uniformity of the pattern formed in the lithography process during the semiconductor device manufacturing process and to improve the etching selectivity. The present invention provides a hard mask composition having an etching selectivity and maintaining a very small etching selectivity compared to an amorphous carbon layer as a lower layer.
또한, 본 발명의 또다른 목적은, 상기 조성물을 이용하여 공정을 단순화시킨 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, the process of which is simplified by using the composition.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 하기 화학식 1의 실리콘계 가교제; 하기 화학식 2의 노볼락 (NOVOLAC) 수지; 열산 발생제; 용매; 선택적으로 하기 화학식 3의 화합물; 및 선택적으로 광산 발생제를 포함하는 하드마스크용 조성물을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention is a silicone-based crosslinking agent of the formula (1); Novolac (NOVOLAC) resin of the formula (2); Thermal acid generators; menstruum; Optionally a compound of
상기 식에서, R1~R6 은 각각 수소 또는 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 측쇄 C1~C5 의 알킬기를 나타내며, m, n 및 o 는 1~10의 정수이다.Wherein R 1 to R 6 each represent hydrogen or an unsubstituted or substituted straight or branched C 1 to C 5 alkyl group, and m, n and o are integers of 1 to 10, respectively.
상기 식에서, R7~R10 은 각각 수소 또는 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 측쇄 C1~C5 의 알킬기를 나타내며, p 는 5~500의 정수이다.Wherein R 7 to R 10 each represent hydrogen or an unsubstituted or substituted straight or branched alkyl group of C 1 to C 5 , and p is an integer of 5 to 500.
상기 식에서, q 는 5~500의 정수이다.In the above formula, q is an integer of 5 to 500.
상기 화학식 1의 실리콘계 가교제의 분자량은 300~4000 이다. 상기 화학식 1의 가교제는 충분한 양의 실리콘 (Si)을 포함하여 식각시 하부층인 비정질 탄소층에 대비해 매우 작은 식각 선택비를 유지하는 역할을 수행하는데, 예컨대 폴리(디메틸실록산)이다.The molecular weight of the silicone-based crosslinking agent of Formula 1 is 300 ~ 4000. The crosslinking agent of Chemical Formula 1 contains a sufficient amount of silicon (Si) and serves to maintain a very small etching selectivity compared to an amorphous carbon layer, which is a lower layer during etching, for example, poly (dimethylsiloxane).
상기 조성물 내의 실리콘은, 용매를 제외한 나머지 성분에 대하여 10~50 중 량%의 함량으로 포함될 수 있으며, 15~40 중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.Silicone in the composition may be included in an amount of 10 to 50% by weight based on the remaining components, except for the solvent, it is preferably included in an amount of 15 to 40% by weight.
상기 실리콘 함량이 15 중량% 이상이면 O2 가스로 식각시 하부층 비정질 탄소에 대한 선택비가 50배 이상 작아지는 특성을 나타낸다.When the silicon content is 15% by weight or more, the selectivity of the lower layer amorphous carbon when etched with O 2 gas is 50 times or less.
상기 화학식 2의 노볼락 수지의 분자량은 500~50000 이다. 상기 화학식 2의 화합물은 특히 193 nm의 ArF 광원에 대해 높은 흡광도를 나타내므로, 하부층에서의 반사광 및 정재파 등을 제거하여 상기 파장 영역에서의 광 흡수도를 증가시킬 수 있으며, 상기 화학식 1 및 3의 가교제들과 반응하여 유기 반사방지층 내에 가교 구조를 형성하는 역할을 수행한다. 상기 화합물의 분자량이 500 미만이면, 유기 반사방지층 내에 가교 결합이 충분히 형성될 수 없어 유기 반사방지층이 포토레지스트 용매에 용해되는 등의 문제점이 발생하며, 분자량이 50000을 초과하면 포토레지스트에 대한 식각 선택비가 너무 작아지는 문제점이 발생한다. 상기 화학식 2의 화합물의 바람직한 예는 R1~R7이 모두 수소이고, 평균 분자량이 2000인 화합물이다.The molecular weight of the novolak resin of the formula (2) is 500 ~ 50000. Since the compound of
본 발명의 조성물에 선택적으로 포함되는 화학식 3의 화합물은 화학식 1의 가교제의 에폭시기 및 화학식 2의 노볼락 수지의 산성 OH 기 간의 가교를 유도하고 강화시키기 위한 옥사졸린기를 포함하는 화합물로서, 베이크 시 가교 밀도를 높여 상층의 포토레지스트와 섞이지 않도록 하는 역할을 수행한다. 상기 화학식 3의 화합물은 기존 가교제인 에폭시드, 멜라민, 이소시아네이트보다 더 낮은 온도에서 가교가 이루어지므로, 적은 양으로도 가교 밀도를 높일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 3의 화합물은 예컨대 니폰 쇼쿠바이 (Nippon Shokubai)사의 에포크로스 (EPOCROS) WS-500 또는 WS-700을 탈수시킨 후 사용한다. Compound of formula (3) optionally included in the composition of the present invention is a compound comprising an oxazoline group for inducing and strengthening the crosslinking between the epoxy group of the crosslinking agent of formula 1 and the acidic OH group of the novolak resin of formula (2), It increases the density and prevents mixing with the upper photoresist. Since the compound of
본 발명의 하드마스크용 조성물에 사용되는 열산 발생제로는 종래에 열산 발생제로 사용되는 물질을 일반적으로 사용할 수 있으며, 구체적으로는 하기 화학식 4 및 화학식 5로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 열산 발생제로서 2-히드록시헥실파라톨루에닐설포네이트를 사용하였다.As the thermal acid generator used in the composition for a hard mask of the present invention, a material that is conventionally used as a thermal acid generator may be generally used. Specifically, at least one selected from the group consisting of the following
상기 식에서, A 는 설포네이트기이며, Wherein A is a sulfonate group,
바람직하게는 또는 이고, Preferably, or ego,
n 은 0 또는 1 이다.n is 0 or 1;
이러한 열산 발생제는 상기 가교제와 광 흡수제의 OH 기 사이에 일어나는 가교 반응을 활성화하기 위한 촉매의 역할을 수행한다. 상기 열산 발생제를 포함하 는 본 발명의 하드마스크용 조성물을 웨이퍼 상에 도포한 후 베이크 등의 열 공정을 수행하면 상기 열산 발생제로부터 산이 발생하고, 이렇게 발생한 산의 존재 하에 상기한 바와 같은 가교 반응이 일어나서, 포토레지스트의 용매에 용해되지 않는 하드마스크층이 형성된다.Such a thermal acid generator serves as a catalyst for activating a crosslinking reaction occurring between the crosslinking agent and the OH group of the light absorbing agent. After applying the composition for a hard mask of the present invention containing the thermal acid generator on a wafer and performing a thermal process such as baking, acid is generated from the thermal acid generator, and crosslinking as described above in the presence of the acid generated in this way. The reaction occurs to form a hard mask layer that does not dissolve in the solvent of the photoresist.
또한, 본 발명의 조성물에 포토레지스트 패턴 형상을 조절하기 위해 광산 발생제를 도입할 수 있으며, 이러한 광산 발생제로는 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 화합물이면 무엇이든 사용 가능하고, 종래에 광산 발생제로 사용되는 물질을 일반적으로 사용할 수 있다. 광산 발생제로서는 주로 황화염계 또는 오니움염계 화합물을 사용하며, 구체적인 예로서 프탈이미도트리플루오로메탄설포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디설폰, 나프틸이미도트리플루오로메탄설포네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐 설포늄트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 설포늄트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐 설포늄트리플레이트, 트리페닐 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 또는 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, a photoacid generator may be introduced to the composition of the present invention to control the shape of the photoresist pattern, and any photoacid generator may be used as a compound capable of generating an acid by light. The materials used can generally be used. As the photoacid generator, sulfide-based or onium salt-based compounds are mainly used, and specific examples thereof include phthalimidotrifluoromethanesulfonate, dinitrobenzyltosylate, n-decyldisulfone, and naphthylimidotrifluoromethanesulfonate. , Diphenyl iodo hexafluorophosphate, diphenyl iodo hexafluoro arsenate, diphenyl iodo hexafluoro antimonate, diphenyl paramethoxyphenyl sulfonium triplate, diphenyl paratoluenyl sulfonium triplate At least one from the group consisting of diphenylparaisobutylphenyl sulfonium triflate, triphenyl hexafluoro arsenate, triphenyl hexafluoro antimonate, triphenylsulfonium triflate or dibutylnaphthylsulfonium triflate It is preferable to use the selected one.
본 발명의 하드마스크용 조성물은 화학식 1의 가교제, 화학식 2의 노볼락 수지, 열산 발생제, 선택적으로 화학식 3의 에포크로스 화합물 및 선택적으로 광산발생제를 적정비로 용매에 녹여 제조할 수 있다. 본 발명의 하드마스크용 조성물에 사용되는 용매로는 종래에 반사방지층 조성물에 대한 용매로써 사용되는 통상적인 유기 용매를 모두 사용할 수 있으며, 예를 들어 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트 (PGMEA), 사이클로헥사논, 2-헵타논 또는 에틸락테이트를 들 수 있고, 바람직하게는 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 사이클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트를 들 수 있으며, 특히 바람직하게는 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트를 들 수 있다.The hard mask composition of the present invention may be prepared by dissolving a crosslinking agent of Formula 1, a novolak resin of
상기 본 발명의 하드마스크용 조성물에 있어서, 화학식 1의 실리콘 화합물은 조성물 100 중량부에 대하여 30~70 중량부의 양으로 포함되며, 광흡수제로 사용되는 상기 화학식 2의 노볼락 수지는 조성물에 포함되는 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 20~200 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 화학식 3의 화합물은 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 1~100 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 열산 발생제는 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 1~20 중량부, 광산 발생제는 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 0.1~10 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 용매는 본 발명에 의한 조성물에 포함되는 가교제 및 광 흡수제의 전체 중량 (100 중량부)에 대하여 1000~10000 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.In the composition for a hard mask of the present invention, the silicone compound of Formula 1 is contained in an amount of 30 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition, the novolak resin of the formula (2) used as a light absorber is contained in the composition It is preferably included in an amount of 20 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the compound of Formula 1, and the compound of
본 발명의 조성물은 각 구성 성분을 상기와 같은 조성비로 포함함으로써, 포토레지스트 하부층에서의 난반사 등을 효과적으로 방지할 수 있는 동시에, 포토레지스트와 하드마스크 사이의 식각 선택비를 증가시킴으로써, 패턴 형성 후 통상의 식각 조건에 의해 반사방지층을 용이하게 제거할 수 있게 된다.The composition of the present invention includes each component in the above composition ratio, thereby effectively preventing diffuse reflection in the photoresist underlayer, and increasing the etching selectivity between the photoresist and the hard mask, and thus, after pattern formation, By the etching conditions of the anti-reflection layer can be easily removed.
즉, 본 발명의 하드마스크용 조성물은 노볼락 수지에 의해 하부층에서의 난반사 및 정재파 등을 효과적으로 제거할 수 있는 동시에, 화학식 3의 화합물을 첨가하여 가교제의 함량이 적더라도 가교 밀도를 높게 할 수 있으며, 가교제에 실리콘 성분이 포함되어 식각 선택비를 개선한 것을 특징으로 한다.That is, the composition for a hard mask of the present invention can effectively remove diffuse reflection and standing waves in the lower layer by the novolak resin, and at the same time add a compound of Formula 3 to increase the crosslinking density even if the content of the crosslinking agent is small. The silicone component is included in the crosslinking agent to improve the etching selectivity.
본 발명은 또한 피식각층 (4) 상부에 비정질 탄소층 (3)을 형성하는 단계;The present invention also provides a method for forming an
상기 비정질 탄소층 (3) 상부에 본 발명에 따른 하드마스크용 조성물을 도포한 후 베이크 공정을 수행하여 하드마스크층 (12)을 형성하는 단계; Forming a
상기 하드마스크층 (12) 상부에 포토레지스트 조성물을 도포하고 리소그라피 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴 (5)을 형성하는 단계;Forming a
상기 포토레지스트 패턴 (5)을 식각 마스크로 이용하여 하드마스크층 (12)을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; Etching the
상기 하드마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 비정질 탄소층을 식각하여 비정질 탄소층 패턴을 형성하는 단계; 및Etching the amorphous carbon layer by using the hard mask pattern as an etching mask to form an amorphous carbon layer pattern; And
상기 비정질 탄소층 패턴을 식각 마스크로 이용하여 피식각층 (4)을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.And forming an etched layer pattern by etching the etched
상기 과정은 전술한 도 1에 나타낸 비정질 탄소층 (3) 상부에 형성된 SiON 하드마스크층 (2)과 유기 반사방지층 (1)을 순차적으로 형성하던 것을, 도 2에 나타낸 바와 같이 비정질 탄소층 (3) 상부에 본 발명의 하드마스크층 (12)을 형성하는 것으로 대체한 것이다. 즉, 상기 과정에서 본 발명의 하드마스크용 조성물은 2 층 대체용 하드마스크층을 형성한다.In the above process, the SiON
본 발명은 또한 피식각층 (4) 상부에 본 발명에 따른 하드마스크용 조성물을 도포한 후 베이크 공정을 수행하여 하드마스크층 (12)을 형성하는 단계; The present invention also comprises the step of forming a
상기 하드마스크층 (12) 상부에 포토레지스트 조성물을 도포하고 리소그라피 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴 (5)을 형성하는 단계;Forming a
상기 포토레지스트 패턴 (5)을 식각 마스크로 이용하여 하드마스크층 (12)을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; Etching the
상기 하드마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 피식각층 (4)을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.And etching the etched
상기 과정은 전술한 도 1에 나타낸 피식각층 (4) 상부에, 비정질 탄소층 (3), SiON 하드마스크층 (2)과 유기 반사방지층 (1)을 순차적으로 형성하던 것을, 도 3에 나타낸 바와 같이 피식각층 (4) 상부에 바로 본 발명의 하드마스크층 (12)을 형성하는 것으로 대체한 것이다. 즉, 상기 과정에서 본 발명의 하드마스크용 조성물은 3층 대체용 하드마스크층을 형성한다.In the above process, the
상기 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 베이크 공정은 100~300℃의 온도에서 1~5 분간 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 조건으로 베이크를 수행함으로써, 열산 발생제로부터 산이 발생하여 본 발명의 하드마스크층 내에 가교 결합이 형성되며, 이에 따라 포토레지스트의 용매에 용해되지 않는 층이 형성된다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the baking process is preferably performed for 1 to 5 minutes at a temperature of 100 ~ 300 ℃. By carrying out the bake under these conditions, an acid is generated from the thermal acid generator to form a crosslink in the hard mask layer of the present invention, thereby forming a layer that does not dissolve in the solvent of the photoresist.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 포토레지스트 패턴을 형성하는 포토레지스트 단계 중 노광하기 전 및 후에 베이크 공정을 수행하는데, 이러한 베이크 공정은 70~200℃의 온도에서 1~5분간 수행하는 것이 바람직하다.In addition, in the manufacturing method according to the present invention, the baking process is performed before and after the exposure during the photoresist step of forming a photoresist pattern, the baking process is performed for 1 to 5 minutes at a temperature of 70 ~ 200 ℃ desirable.
또한, 상기 식각 공정은 CF4/O2 혼합 가스를 이용하여 수행할 수 있다.In addition, the etching process may be performed using a CF 4 / O 2 mixed gas.
본 발명에 의한 상기 반사방지층 조성물 및 반도체 소자 제조 방법은 주로 193 nm ArF 광원을 사용하는 초미세 패턴 형성 공정에 적용되나, KrF, VUV, EUV, E-빔, X-선 또는 이온빔을 사용하여 수행되는 초미세 패턴 형성 공정에 있어서도 마찬가지로 적용될 수 있다.The antireflection layer composition and the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention are mainly applied to an ultrafine pattern forming process using a 193 nm ArF light source, but are performed using KrF, VUV, EUV, E-beam, X-ray or ion beam. The same can also be applied to the ultrafine pattern forming process.
본 발명은 또한, 상기 본 발명에 의한 패턴 형성 방법을 통하여 제조되는 반도체 소자를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device manufactured through the pattern forming method according to the present invention.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.
(실시예 1) 본 발명의 하드마스크용 조성물의 제조Example 1 Preparation of Composition for Hard Mask of the Present Invention
화학식 1의 가교제인 폴리(디메틸실록산) 중합체 (디글리시딜 에테르 말단 처리(terminated), Aldrich Catalog number 48028-2) 5g, 광 흡수제로 사용되는 화학식 2의 중합체 (식 중, R7~R10 이 모두 H 이며, 평균 분자량 2000) 5g, 에포크로스 WS-500 0.2g, 열산 발생제로 사용되는 2-하이드록시헥실파라톨루에닐설포네이트 0.85g, 및 광산 발생제인 트리페닐설포늄 트리플레이트 0.05g 을 용매인 PGMEA 200g에 용해시킨 후, 0.2㎛의 미세 필터에 통과시켜 본 발명에 의한 하드마스크용 조성물을 제조하였다.5 g of a poly (dimethylsiloxane) polymer (diglycidyl ether terminated, Aldrich Catalog number 48028-2), a crosslinking agent of the formula 1, a polymer of
(실시예 2) 패턴 형성Example 2 Pattern Formation
실시예 1에서 제조된 하드마스크용 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 3000 rpm으로 스핀 도포한 후, 200℃의 온도에서 90 초간 베이크 하여 가교 결합을 형성시킴으로써 하드마스크 막을 형성하였다. 형성된 두께는 950 Å 이었다.The hard mask composition prepared in Example 1 was spin-coated at 3000 rpm on a silicon wafer, and then baked at 90 ° C. for 90 seconds to form a crosslink to form a hard mask film. The formed thickness was 950
상기 하드마스크 막이 형성된 웨이퍼 상에, Shin-Etsu 사의 193 nm 용 포토레지스트 X-121를 0.24 미크론 두께로 코팅하고, 120℃의 온도에서 90 초간 베이크한 다음, ASML 사의 ArF 스캐너 (NA = 0.63) 를 사용하여 노광시켰다. 노광 후 다시 120℃에서 90 초간 베이크한 다음, 2.38 중량% TMAH 수용액으로 현상하여, 도 4와 같은 최종 포토레지스트 패턴을 형성하였다. On the wafer on which the hard mask film was formed, Shin-Etsu Co., Ltd. photoresist X-121 for 193 nm was coated with a thickness of 0.24 microns, baked at a temperature of 120 ° C. for 90 seconds, and then an ASF ArF scanner (NA = 0.63) was applied. It exposed using. After exposure, the plate was further baked at 120 ° C. for 90 seconds and then developed with a 2.38 wt% TMAH aqueous solution to form a final photoresist pattern as illustrated in FIG. 4.
(실시예 3) 식각Example 3 Etching
실시예 2에서 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하드마스크층을 CF4/O2 혼합 가스로 식각함으로써, 도 5와 같은 패턴을 얻었다. 단, 도 5의 사진은 식각 후 남아 있는 포토레지스트를 제거하지 않은 사진이다.Using the photoresist pattern formed in Example 2 as an etching mask, the hard mask layer was etched with a CF 4 / O 2 mixed gas to obtain a pattern as shown in FIG. 5. However, the photo of FIG. 5 is a photo without removing the photoresist remaining after etching.
상기 실시예와 도 4 및 도 5를 통해서도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 형성된 하드마스크층은 193 nm 광원 등에 대해 충분한 흡광도가 있어서 하부층으로부터의 난반사 등을 효과적으로 제거할 수 있으므로, 양호한 수직 포토레지스트 패턴을 얻을 수 있음과 동시에 통상적인 식각 조건 하에서 우수한 식각 선택비를 보였다.As can be seen from the above embodiment and FIGS. 4 and 5, the hard mask layer formed by the present invention has sufficient absorbance for a 193 nm light source and the like, which can effectively remove diffuse reflection from the lower layer and the like. The resist pattern was obtained and at the same time, the etching selectivity was excellent under the conventional etching conditions.
본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부 된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention are for the purpose of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, and such modifications may be made by the following claims. Should be seen as belonging to.
본 발명의 조성물은 반도체 소자 제조 공정 중 리소그라피용 포토레지스트의 초미세 패턴 형성 및 후속 식각 공정에 있어서, 패턴의 균일도 향상 및 식각 선택비 개선을 통해 기존 유기 반사방지층/SiON 하드마스크층의 2층 또는 유기 반사방지층/SiON 하드마스크층/비정질 탄소층의 3층을 한번에 대체할 수 있는 하드마스크로서의 역할을 성공적으로 수행할 수 있다. 또한, 이러한 하드마스크용 조성물을 사용함으로써, 공정 단순화로 인하여 반도체 소자의 제조 비용이 감소하고 공정 효율이 증가할 수 있다.The composition of the present invention is a two-layer layer of the existing organic anti-reflection layer / SiON hard mask layer through the improved pattern uniformity and the etching selectivity in the ultrafine pattern formation and subsequent etching process of the photoresist for lithography during the semiconductor device manufacturing process or It can successfully serve as a hard mask that can replace three layers of an organic antireflection layer / SiON hard mask layer / amorphous carbon layer at one time. In addition, by using the composition for a hard mask, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced and the process efficiency can be increased due to the process simplification.
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