KR101482997B1 - Dendritic Compound for Hardmask and Composition for Hardmask Comprising the Same - Google Patents

Dendritic Compound for Hardmask and Composition for Hardmask Comprising the Same Download PDF

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Abstract

본 발명은 하드마스크용 덴드리머(dendrimer) 화합물 및 이를 포함하는 하드마스크 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 공정에 적용 가능한 식각 내성이 우수한 마스크막을 형성하기 위하여, 덴드리머 구조를 가지는 하드마스크용 화합물과, 이를 포함하는 하드마스크용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에서는 피식각층 상부에 상기 하드마스크용 조성물을 스핀 코팅법으로 도포한 다음, 경화함으로써, 반도체 소자의 미세 패턴 형성 공정에 적용 가능한 식각 내성이 우수한 유무기 하이브리드계 하드마스크막을 형성할 수 있다.The present invention relates to a dendrimer compound for a hard mask and a hard mask composition comprising the same. More particularly, the present invention relates to a dendrimer compound having a dendrimer structure A hard mask compound, and a composition for a hard mask containing the same. In the present invention, the hard mask composition is applied to the top of the etching layer by spin coating and then cured to form an organic / inorganic hybrid hard mask film having excellent etching resistance applicable to a fine pattern formation process of a semiconductor device.

Description

하드마스크용 덴드리머 화합물 및 이를 포함하는 하드마스크 조성물{Dendritic Compound for Hardmask and Composition for Hardmask Comprising the Same}Technical Field [0001] The present invention relates to a dendrimer compound for a hard mask and a hard mask composition comprising the same,

본 발명은 하드마스크용 덴드리머 화합물 및 이를 포함하는 하드마스크 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a dendrimer compound for a hard mask and a hard mask composition comprising the same.

반도체 소자의 응용 분야가 확장되어 감에 따라, 집적도가 향상된 대용량 메모리 소자를 제조하기 위한 공정 기술의 개발이 요구되고 있다. 예를 들어, 0.07㎛이하의 선폭(critical dimension; CD)을 가지는 라인 패턴 또는 콘택홀 패턴을 형성하기 위하여, I-line 또는 KrF(248nm)의 장파장 광원을 노광원으로 사용하는 대신 ArF(193nm) 또는 VUV(157nm) 등의 화학증폭형의 원자외선(Deep Ultra Violet; DUV) 단파장 광원을 노광원으로 사용하는 새로운 리소그라피 공정이 개발되었다.As application fields of semiconductor devices have been expanded, development of process technology for manufacturing a large-capacity memory device with improved integration has been required. For example, in order to form a line pattern or a contact hole pattern having a critical dimension (CD) of 0.07 mu m or less, ArF (193 nm) is used instead of using a long wavelength light source of I-line or KrF (248 nm) Or a deep ultraviolet (DUV) short-wavelength light source of chemical amplification type such as VUV (157 nm) as an exposure source.

한편, 반도체 소자 크기가 더욱 미세화되어감에 따라, 상기 리소그라피 공정에서 포토레지스트 패턴의 아스펙트비(aspect ratio)의 증가로 후속 세정 공정 시에 포토레지스트 패턴간의 모세관력(capillary force)이 증가하여, 포토레지스트 패턴이 붕괴하는 문제가 있다.On the other hand, as the semiconductor device size becomes finer, an increase in the aspect ratio of the photoresist pattern in the lithography process increases the capillary force between the photoresist patterns in the subsequent cleaning process, There is a problem that the photoresist pattern collapses.

종래에는 포토레지스트 패턴 붕괴를 방지하기 위하여, 100nm 이하의 미세 패턴 형성 공정 시에 적용되는 포토레지스트막의 두께를 200nm 이하로 낮추었다. 하지만, 포토레지스트막의 코팅 두께가 낮아지는 경우, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 식각층을 식각할 때, 피식각층에 대한 포토레지스트 패턴의 식각 선택비를 충분히 확보할 수 없기 때문에, 회로 패턴을 형성하는 것이 불가능하다. Conventionally, in order to prevent the photoresist pattern collapse, the thickness of the photoresist film used in the fine pattern formation process of 100 nm or less is reduced to 200 nm or less. However, when the coating thickness of the photoresist film is lowered, the etch selectivity ratio of the photoresist pattern to the etching layer can not be sufficiently secured when the lower etching layer is etched using the photoresist pattern as an etching mask. As shown in Fig.

특히, 단파장용 포토레지스트 물질의 경우 벤젠과 같은 방향족 화합물 대신 지방족 화합물을 주성분으로 포함하기 때문에, 충분한 식각 내성을 얻을 수 없다. 따라서, 실리콘산화막(SiO2)층으로 이루어진 피식각층 등을 식각할 때, 피식각층 변형이 유발되어 반도체 소자 제조가 거의 불가능하다. In particular, in the case of a short-wavelength photoresist material, an etch resistance is not obtained because it contains an aliphatic compound as a main component instead of an aromatic compound such as benzene. Therefore, when the etching layer made of a silicon oxide (SiO 2 ) layer is etched, deformation of the etching layer is induced, making it impossible to manufacture a semiconductor device.

최근 이러한 단점을 개선하기 위해, 반도체 기판상의 피식각층(실리콘산화막)과 포토레지스트막 사이에 포토레지스트막과 유사하거나 상대적으로 큰 식각 선택비를 가지는 절연막이나, 비정질 탄소(amorphous carbon)층으로 이루어진 다층 하드마스크막을 형성하여, 포토레지스트막의 식각 선택비를 개선하는 방법이 도입되었다. In recent years, in order to solve such a disadvantage, an insulating film having an etch selectivity ratio similar to the photoresist film or a relatively large etch selectivity between the etching layer (silicon oxide film) on the semiconductor substrate and the photoresist film or a multi- A method of improving the etch selectivity of the photoresist film by forming a hard mask film has been introduced.

상기 비정질 탄소층은 유기물과 같은 성질을 갖는 물질로서, 얇은 두께로 형성하여도 두꺼운 하부층에 대한 충분한 선택비를 얻을 수 있기 때문에 형성되는 코팅 두께에 제약을 받지 않는다. 하지만, 상기 비정질 탄소층 및 절연막은 포토레지스트 코팅 공정에 사용되는 공정 장비와 별도의 증착 장비를 필요로 한다. 더욱이, 상기 비정질 탄소층 및 절연막의 경우 증착 효율이 낮아 포토레지스트 코팅 공정보다 생산량(throughput)이 낮으므로 제조 공정 비용이 증가힌다. 또한, 상기 비정질 탄소층 및 절연막은 다층을 형성하기 위해 복잡한 공정 단계를 수행해야 한다.The amorphous carbon layer is a material having an organic-like property. Even if the amorphous carbon layer is formed to have a small thickness, a sufficient selectivity to the thick underlayer can be obtained, so that the amorphous carbon layer is not limited by the thickness of the formed coating. However, the amorphous carbon layer and the insulating film require separate deposition equipment from the process equipment used in the photoresist coating process. In addition, the amorphous carbon layer and the insulating layer have low deposition efficiency, which results in lower throughput than the photoresist coating process, thereby increasing manufacturing process cost. In addition, the amorphous carbon layer and the insulating film must be subjected to complicated process steps to form a multilayer.

이에 공정의 단순화와 공정 비용 절감을 위하여, 반사방지막의 역할을 수행함과 동시에 증착 방법이 간단하고, 충분한 식각 내성을 가지는 하드마스크막의 개발이 시급하다.Therefore, in order to simplify the process and to reduce the process cost, it is urgent to develop a hard mask film which plays a role of an antireflection film, has a simple deposition method, and has sufficient etching resistance.

본 발명에서는 피식각층 패턴을 형성하기 위한 패턴 형성 공정 시에, 우수한 식각 선택비를 가지는 마스크막을 형성할 수 있는 하드마스크용 덴드리머 화합물과 이를 포함하는 하드마스크용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a dendrimer compound for a hard mask capable of forming a mask film having an excellent etch selectivity in a pattern forming process for forming a patterned layer, and a composition for a hard mask including the dendrimer compound.

또한, 본 발명에서는 상기 하드마스크용 조성물을 이용하여 균일한 패턴을 형성할 수 있는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a method of forming a pattern of a semiconductor device capable of forming a uniform pattern using the hard mask composition.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명에서는 실리콘과 탄화수소가 함유된 하기 화학식 1의 화합물로 표시되는 하드마스크용 덴드리머 화합물을 제공한다.The present invention provides a hard-mask dendrimer compound represented by the following formula (1) containing silicon and a hydrocarbon.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112009033636835-pat00001
Figure 112009033636835-pat00001

상기 식에서, R1은 C1∼C10 의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고, R2는 C1∼C10 의 직쇄 또는 측쇄 알킬이다.Wherein, R 1 is a linear or branched alkylene group of C 1 ~C 10, R 2 is a straight or branched alkyl of C 1 ~C 10.

상기 덴드리머 화합물은 하드마스크막의 식각 선택비를 향상시키는 물질로서, 화합물 전체 중량을 100이라고 할 때, 15∼45% 정도의 실리콘(Si) 성분을 함유해야, 피식각층에 대한 하드마스크막의 식각 선택비를 확보할 수 있다. 상기 덴드리머 화합물은 1,000∼30,000의 분자량을 가지며, 예로 하기 화학식 1a의 화합물로 나타낼 수 있다.The dendrimer compound is a material for improving the etching selectivity of the hard mask film. When the total weight of the compound is 100, the dendrimer compound should contain about 15 to 45% of silicon (Si) . The dendrimer compound has a molecular weight of 1,000 to 30,000, and may be represented by, for example, a compound represented by the following formula (I).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112009033636835-pat00002
Figure 112009033636835-pat00002

이때, 상기 화학식 1a의 화합물은 하기 화학식 2의 화합물과, 아세토나이트-2,2-비스(메톡시)프로피온산 무수물을 1:10.4 당량으로 염기 분위기하의 메틸렌 클로라이드 용매 내에서 에스테르화(esterification) 반응시킨 후, 산 분위기하에서 아세토나이트 그룹을 2,2-디메톡시프로판으로 분해시켜 얻을 수 있다.At this time, the compound of formula (1a) is esterified by reacting the compound of formula (2) and acetonide-2,2-bis (methoxy) propionic acid anhydride in a methylene chloride solvent under a base atmosphere at a ratio of 1: Followed by decomposition of the acetonide group with 2,2-dimethoxypropane in an acid atmosphere.

[화학식 2](2)

Figure 112009033636835-pat00003
Figure 112009033636835-pat00003

또한, 본 발명에서는 상기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 덴드리머 화합물과, 가교제, 가교밀도 보조수지, 촉매제 및 유기용매를 포함하는 하드마스크용 조성물을 제공한다.Also, the present invention provides a hard mask composition comprising a dendrimer compound selected from the group consisting of the compounds represented by Chemical Formulas 1 and 2, a crosslinking agent, a crosslinking density auxiliary resin, a catalyst, and an organic solvent.

이때, 상기 가교제는 벤젠고리 혹은 지방족고리 주쇄에 2개 이상의 메톡시 또는 에폭시 구조의 작용기를 포함하는 분자량 100∼10,000의 고분자 화합물로서, 촉매 존재 하에서 상기 덴드리머 화합물과 반응하여 가교 구조를 형성한다. 바람직하게, 상기 가교제로는 테트라메톡시-메틸글리코루릴 수지(tetramethoxy-methylglycoluril) 또는 O-크레졸 노볼락 에폭시 수지 (O-cresol novolac epoxy resin)를 들 수 있다. 상기 가교제는 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 10∼100중량부로 포함되는 것이 바람직하다.The cross-linking agent is a macromolecular compound having a molecular weight of 100 to 10,000, which contains a functional group of two or more methoxy or epoxy structures in a benzene ring or an aliphatic ring main chain, and reacts with the dendrimer compound in the presence of a catalyst to form a crosslinked structure. Preferably, the crosslinking agent includes tetramethoxy-methylglycoluril resin or O-cresol novolac epoxy resin. The crosslinking agent is preferably contained in an amount of 10 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the dendrimer compound.

또한, 상기 가교밀도 보조수지는 벤젠 고리 주쇄에 하이드록시(-OH) 작용기 를 포함하는 분자량 100∼5,000의 고분자 화합물로서, 바람직하게 폴리(4-히드록시스티렌)을 들 수 있다. 상기 가교밀도 보조수지는 촉매 존재하에서 상기 덴드리머 화합물 및 가교제와 함께 반응하여 경화물의 가교밀도를 높인다. 상기 가교밀도 보조수지는 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 10∼50중량부로 포함되는 것이 바람직하다.The crosslinked density auxiliary resin is a polymer compound having a molecular weight of from 100 to 5,000 and containing a hydroxy (-OH) functional group in the benzene ring main chain, preferably poly (4-hydroxystyrene). The crosslinked density auxiliary resin reacts with the dendrimer compound and the crosslinking agent in the presence of a catalyst to increase the crosslinking density of the cured product. The crosslinked density auxiliary resin is preferably contained in an amount of 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the dendrimer compound.

상기 벤젠고리를 주쇄로 가지는 가교제 및 가교밀도 보조수지는 DUV 광원, 특히 193 nm의 ArF 광원에 대해 높은 흡광도를 나타내므로, 하부층으로부터의 반사광 및 정재파 등을 제거하여 상기 광원 파장 영역에서의 광 흡수도를 증가시킬 수 있다. 만약, 상기 가교제 또는 가교밀도 보조수지의 함량이 각각 10 중량부 미만이 되면 본 발명의 하드마스크용 조성물의 코팅 특성이 저하될 뿐만 아니라, 반사방지막 상부에 포토레지스트막을 형성할 때, 포토레지스트 용매에 하드마스크막이 용해된다. 반면, 상기 가교제의 함량이 100중량부를 초과하거나, 가교밀도 보조수지의 함량이 50중량부를 초과하는 경우 조성물 내의 가교 밀도가 높아지기 때문에, 포토레지스트막에 비해 식각 속도가 감소한다.Since the cross-linking agent having a benzene ring as a main chain and the cross-linking density auxiliary resin exhibit high absorbance with respect to a DUV light source, in particular, an ArF light source of 193 nm, the light absorption from the light source wavelength region Can be increased. If the content of the cross-linking agent or the cross-linking density auxiliary resin is less than 10 parts by weight, not only the coating property of the composition for a hard mask of the present invention is lowered, but also when the photoresist film is formed on the anti- The hard mask film is dissolved. On the other hand, when the content of the crosslinking agent is more than 100 parts by weight, or when the content of the crosslinking density auxiliary resin is more than 50 parts by weight, the crosslinking density in the composition is increased, so that the etching rate is lower than that of the photoresist film.

상기 촉매제는 짧은 베이크 시간 동안 화합물 간의 가교 결합 반응을 활성화하여, 충분한 가교 밀도를 얻기 위한 것으로, 열산발생제 또는 광산발생제를 들 수 있다.The catalyst is used for activating the crosslinking reaction between compounds during a short baking time to obtain a sufficient crosslinking density, and includes a thermal acid generator or a photo acid generator.

상기 열산발생제는 종래 열산발생제로 사용되는 물질이라면 제한하지 않으며, 구체적으로는 하기 화학식 3 및 화학식 4로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 열산발생제로서 2- 히드록시헥실파라톨루에닐설포네이트를 사용하였다.The thermal acid generator is not limited as long as it is a material used as a conventional thermal acid generator. Specifically, one selected from the group consisting of the following Chemical Formulas 3 and 4 is preferably used. In the examples of the present invention, 2-hydroxyhexyl para-toluenesulfonate was used as a thermal acid generator.

[화학식 3](3)

Figure 112009033636835-pat00004
Figure 112009033636835-pat00004

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112009033636835-pat00005
Figure 112009033636835-pat00005

상기 식에서, A 는 설포닐 기를 포함하는 작용기로, 바람직하게는

Figure 112009033636835-pat00006
또는
Figure 112009033636835-pat00007
이며, n 은 0 또는 1이다.In the above formula, A is a functional group containing a sulfonyl group, preferably
Figure 112009033636835-pat00006
or
Figure 112009033636835-pat00007
And n is 0 or 1.

상기 광산발생제는 프탈이미도트리플루오로메탄설포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디설폰, 나프틸이미도트리플루오로메탄설포네이트, 디페닐파라메톡시페닐 설포늄트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 설포늄트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐 설포늄트리플레이트, 트리페닐 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 또는 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트 등을 예로 들 수 있다. The photoacid generator may be selected from the group consisting of phthalimidotrifluoromethane sulfonate, dinitrobenzyltosylate, n-decyldisulfone, naphthylimidotrifluoromethane sulfonate, diphenylparamethoxyphenylsulfonium triflate, Triphenylsulfonium triflate, triphenylsulfonium triflate, diphenyl paraisobutylphenyl sulfonium triflate, triphenyl hexafluoroarsenate, triphenyl hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium triflate or dibutylnaphthylsulfonium tri Plate, and the like.

상기 촉매제의 함량은 촉매 기능을 수행할 수 있는 범위내에서 적절히 선택할 수 있는데, 예를 들면 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 0.1∼10 중량 부로 첨가할 수 있다. 만약, 촉매제의 함량이 10 중량부를 초과할 경우에는 과도한 가교결합 밀도에 의해 하드마스크층에 크랙이 발생하여, 후속 식각공정 시에 결함을 유발한다. 촉매제 함량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 본 발명의 조성물 내에 가교 결합이 충분히 형성되지 않아, 코팅 후 상부에 포토레지스트를 코팅할 때 하드마스크층이 스웰링되어 균일한 하드마스크층을 얻을 수 없다. The content of the catalyst may be appropriately selected within a range capable of performing a catalytic function, and may be, for example, 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the dendrimer compound. If the content of the catalyst exceeds 10 parts by weight, cracks occur in the hard mask layer due to excessive cross-linking density, thereby causing defects in the subsequent etching process. When the content of the catalyst is less than 0.1 part by weight, cross-linking is not sufficiently formed in the composition of the present invention. Therefore, when the photoresist is coated on the upper part after coating, the hard mask layer is swollen and a uniform hard mask layer can not be obtained.

상기 유기 용매는 통상적인 반사방지층 조성물 용매로 사용되는 유기 용매라면 특별히 제한을 두지않으며, 예컨대 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 사이클로헥사논, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 2-헵타논 및 에틸락테이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다. 상기 유기용매는 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 300∼10,000 중량부로 포함되는데, 유기용매의 함량이 10,000 중량부를 초과할 경우에는 충분한 두께의 하드마스크막을 얻을 수 없고, 300 중량부 미만일 경우에는 하드마스크막이 두껍게 형성되어 패턴을 안정하게 식각하기 어렵다.The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent used as a conventional antireflection layer composition solvent. Examples thereof include ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-methoxypropionate, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether Acetate (PGMEA), 2-heptanone, and ethyl lactate. When the content of the organic solvent is more than 10,000 parts by weight, a sufficient hard mask layer can not be obtained. When the amount of the organic solvent is less than 300 parts by weight, The film is formed thick and it is difficult to stably etch the pattern.

또한, 본 발명에서는In the present invention,

반도체 기판의 피식각층 상부에 본 발명에 따른 하드마스크용 조성물을 도포하는 단계;Applying a composition for a hard mask according to the present invention to an upper portion of a crystallized layer of a semiconductor substrate;

상기 하드마스크용 조성물에 대한 경화 공정을 실시하여 하드마스크막을 형성하는 단계; Performing a hardening process on the hard mask composition to form a hard mask film;

상기 하드마스크막 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the hard mask film;

상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하드마스크막을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a hard mask pattern by etching the hard mask film using the photoresist pattern as an etch mask; And

상기 하드마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공한다.And etching the etching layer using the hard mask pattern as an etching mask to form a pattern layer on the semiconductor substrate.

상기 피식각층은 실리콘산화막 또는 산화질화막과 같은 절연막을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘산화막을 이용한다.An insulating film such as a silicon oxide film or an oxynitride film may be used as the etching layer, and a silicon oxide film is preferably used.

또한, 본 발명의 방법에서 상기 하드마스크막에 대한 식각 선택비를 확보하기 위하여 본 발명의 하드마스크용 조성물을 코팅하기 전에, 피식각층 상부에 비정질 카본층이나, 탄소 함량이 높은 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In order to secure etching selectivity for the hard mask film in the method of the present invention, an amorphous carbon layer or a polymer layer having a high carbon content is formed on the etching layer before coating the hard mask composition of the present invention Step < / RTI >

상기 하드마스크 조성물 도포 공정은 종래 포토레지스트막 형성용 장비를 이용하여 수행할 수 있다. 또한, 상기 하드마스크 조성물에 대한 경화 공정은 조성물 내에 포함된 촉매제의 종류에 따라, 노광 또는 베이크 공정을 실시하여 수행된다. 즉, 상기 본 발명의 하드마스크용 조성물을 웨이퍼 상에 도포한 후 베이크 공정 또는 노광 공정 등을 수행하면 조성물에 포함된 산 촉매제로부터 산이 발생하고, 발생한 산 존재 하에서 상기 덴드리머 화합물과 가교 결합용 수지, 가교제, 및 가교밀도 보조수지 간에 가교 결합 반응이 일어나, 포토레지스트 용매에 용해되지 않는 경화된 하드마스크막이 형성된다. 상기 본 발명의 하드마스크막은 통상의 제거 공정, 예를 들면 시너, 알칼리 용매 또는 불소 가스를 이용하는 제거 공정에 의해 제거가 용이하다.The hard mask composition application process may be performed using conventional photoresist film forming equipment. In addition, the hardening process for the hard mask composition is performed by performing an exposure or a baking process depending on the type of the catalyst contained in the composition. That is, when the composition for a hard mask of the present invention is coated on a wafer and then a baking process or an exposure process is performed, an acid is generated from the acid catalyst contained in the composition, and the dendrimer compound and the resin for crosslinking, A crosslinking reaction occurs between the crosslinking agent and the crosslinking density auxiliary resin to form a cured hard mask film which is not dissolved in the photoresist solvent. The hard mask film of the present invention can be easily removed by an ordinary removal process, for example, a thinner, an alkali solvent or a removal process using fluorine gas.

이때, 상기 베이크 공정은 100∼300℃에서 1∼5분간 수행하고, 상기 노광 공 정은 ArF 이머젼 스캐너 장비를 이용하여 1 내지 100mJ/cm2의 노광에너지로 수행된다.At this time, the baking process is performed at 100 to 300 ° C for 1 to 5 minutes, and the exposure process is performed with an exposure energy of 1 to 100 mJ / cm 2 using an ArF immersion scanner.

본 발명에 의한 하드마스크용 조성물 및 반도체 소자 제조 방법은 주로 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 composition for a hard mask and the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention are mainly applied to an ultrafine pattern forming process using an ArF light source. However, the present invention can be applied to an ultrafine pattern forming process using KrF, VUV, EUV, E-beam, X- The same can be applied to the fine pattern forming process.

또한, 본 발명에서는 상기 패턴 형성 방법을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 의하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device including the pattern forming method.

전술한 바와 같이, 본 발명의 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 포토레지스트막 도포 전에 피식각층 상부에 단파장 영역에 대해 높은 광흡수도를 가지는 벤젠 고리 화합물을 포함하는 수지와 실리콘 및 탄화수소가 함유된 상기 덴드리머 고분자 화합물 간의 가교 결합을 유발시켜 피식각층에 대한 식각 선택비를 확보할 수 있는 하드마스크막을 형성함으로써, 후속 포토레지스트 패터닝 공정 시에 피식각층에 대한 식각 마스크 막의 식각 선택비를 높여 균일한 미세 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 하드마스크막의 경우 벤젠 구조의 화합물을 함유하고 있어 노광 공정 시에 포토레지스트 하부층에서 발생하는 난반사광 및 정재파 등을 효과적으로 제거할 수 있는 반사방지막의 역할도 함께 수행할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 방법에서는 식각 내성이 우수한 하드마스크막을 단일층으로 형성하므로 공정 단계를 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 제조 공정 시간 및 증착 공정 장비 및 증착용 물질 등에 의한 제조 비용을 감소할 수 있다.As described above, in the method for forming a fine pattern of the present invention, before application of the photoresist film, a resin containing a benzene ring compound having a high light absorbance with respect to a short wavelength region and a resin containing silicon and hydrocarbons It is possible to increase the etch selectivity of the etching mask layer to the etching layer in the subsequent photoresist patterning process by forming a hard mask film capable of ensuring the etching selectivity to the etching layer by causing crosslinking between the polymer compounds, . In addition, the hard mask film of the present invention can also function as an antireflection film that can effectively remove refracted and standing waves generated in the lower layer of the photoresist during the exposure process because it contains a benzene structure compound. Furthermore, in the method of the present invention, since the hard mask film having excellent etching resistance is formed into a single layer, not only the process steps can be simplified, but also the manufacturing process time and the manufacturing cost due to the evaporation process equipment and evaporation material can be reduced.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 덴드리머 화합물을 포함하는 하드마스크용 조성물을 이용하여, 식각 내성이 우수한 단층 구조의 하드마스크막을 형성함으로써, 하드마스크막 형성 공정 단계의 단순화와, 제조 공정 시간 및 비용을 단축하여 생산 효율성을 높일 수 있다.As described above, in the present invention, a hard mask film having a single-layer structure having excellent etching resistance is formed using a composition for a hard mask containing a dendrimer compound, thereby simplifying the hard mask film formation process step, The production efficiency can be improved.

본 발명의 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 도면을 들어 더욱 상세히 설명한다.The pattern forming method of a semiconductor device of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2a를 참조하면, 기판(21) 상부에 피식각층(23)을 형성한다. Referring to FIG. 2A, the etching layer 23 is formed on the substrate 21.

상기 피식각층은 산화질화막 또는 산화막 등을 이용하여 형성한다,The etching layer is formed using a nitride oxide film, an oxide film, or the like.

이어서, 상기 피식각층(23) 상부에 본 발명의 하드마스크용 조성물을 코팅한 다음, 노광 또는 베이크에 의한 경화 공정을 수행하여 하드마스크막(25)을 형성한다.Next, the hard mask layer 25 is formed by coating the composition for hard mask of the present invention on the etching layer 23 and then performing a hardening process by exposure or baking.

예컨대, 상기 하드마스크용 조성물은 하기 화학식 1a의 화합물, 가교제인 O-크레졸 노볼락 에폭시 수지, 열산발생제인 2-히드록시헥실파라톨루에닐설포네이트 및 프로필렌글리콘 모토메틸에테르 아세테이트를 포함한다.For example, the composition for a hard mask includes a compound represented by the following formula (1a), an O-cresol novolak epoxy resin as a crosslinking agent, 2-hydroxyhexyl paratoluenyl sulfonate as a thermal acid generator, and propylene glycol motomethyl ether acetate.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112009033636835-pat00008
Figure 112009033636835-pat00008

상기 베이크 공정은 100∼300℃에서 1∼5분간 수행하며, 베이크 공정 동안 열산발생제로부터 발생된 산에 의해 하드마스크막 내에서 가교 밀도가 더 높아진다. 상기 하드마스크막은 약 50∼300nm 두께로 형성된다.The baking process is performed at 100 to 300 캜 for 1 to 5 minutes, and the acid generated from the thermal acid generator during the baking process causes a higher crosslinking density in the hard mask film. The hard mask film is formed to a thickness of about 50 to 300 nm.

그 다음, 상기 하드마스크막(25) 상부에 통상적인 화학증폭형 포토레지스트 조성물을 코팅한 다음 베이크하여 포토레지스트막(27)을 형성한다.Next, a conventional chemical amplification type photoresist composition is coated on the hard mask film 25, and then baked to form a photoresist film 27.

상기 포토레지스트막은 50∼200nm 두께로 형성한다.The photoresist film is formed to a thickness of 50 to 200 nm.

상기 도 2a의 포토레지스트막(27)에 대한 노광 및 현상 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴(27-1)을 형성하고, 다시 상기 포토레지스트 패턴(27-1)을 식각 마스크로 하드마스크막(25)에 대한 식각 공정을 수행하여 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 하드마스크막 패턴(25-1)을 형성한다.The photoresist pattern 27-1 is formed by performing the exposure and development processes on the photoresist film 27 of FIG. 2A and then the photoresist pattern 27-1 is etched using the hard mask film 25 ) Is performed to form the hard mask film pattern 25-1 as shown in FIG. 2B.

상기 도 2b의 포토레지스트 패턴(27-1) 및 하드마스크 패턴(25-1)이 적층되어 있는 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 피식각층(23)에 대한 식각 공정을 수행하여 도 2c에 도시한 바와 같은 피식각층 패턴(23-1)을 형성한다.The etching process for the etching layer 23 is performed using the pattern in which the photoresist pattern 27-1 and the hard mask pattern 25-1 of FIG. 2B are stacked as an etching mask, Thereby forming a ridge layer pattern 23-1 as shown in Fig.

이때, 상기 각각의 식각 공정은 Cl2, Ar, N2O2, CF4 및 C2F6 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 이용하며, 전력 (power)은 식각 장비, 사용하는 가스 또는 공정 종류 등에 따라 매우 다양하게 적용될 수 있으나 대체로 소스 RF 전력 (source RF power) 300∼1000 W, 바이어스 전력 (bias power) 0∼300 W 정도가 적용될 수 있다.At this time, each of the etching processes uses at least one gas selected from the group consisting of Cl 2 , Ar, N 2 O 2 , CF 4, and C 2 F 6 , and the power is supplied to the etching apparatus, The source RF power of 300 to 1000 W and the bias power of 0 to 300 W may be applied.

이어서, 일반적인 시너 조성물, 알칼리 용매 또는 불소 가스를 이용한 제거 공정으로 식각 공정 후 남아있는 포토레지스트 패턴(27-1) 및 하드마스크 패턴(25-1)을 제거하여, 도 2d에 도시한 바와 같이 기판(21) 상부에 균일한 피식각층 패턴(23-1)을 형성한다.Subsequently, the remaining photoresist pattern 27-1 and the hard mask pattern 25-1 are removed by a removing process using a general thinner composition, an alkali solvent or fluorine gas, A uniformly patterned layer pattern 23-1 is formed on the upper surface of the substrate 21.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

I. 본 발명의 하드마스크용 고분자의 제조I. Preparation of Polymers for Hard Mask of the Present Invention

제조예 1Production Example 1

옥타(트리메톡시실릴메틸)로 치환된 피에스에스다이메톡시-실릴메틸-포 스(PSS-octa[(3-hydroxypropyl)dimethylsiloxy]substitute)(CAS NO. 288290-32-4)(3.0g), 아세토나이트-2,2-비스(메톡시)프로피온산 무수물(acetonide-2,2-bis(methoxy)propionic anhydride)(7.0g), 디메틸아미노피리딘(0.3g) 및 피리딘(6.4g)을 메틸렌 클로라이드(50ml)에 첨가한 후, 50℃에서 6시간 교반하였다. 얻어진 혼합 용액에 증류수(200ml)를 넣고 반응을 종결시켰다. 10%의 NaHSO4(500ml), 10% Na2CO3(500ml) 및 소금물(brine, NaCl)(500ml)를 이용하여 결과물을 차례로 세척한 후, 여과 건조하여 보호된 1차 덴드리머 화합물을 얻었다 (수율 95%, Mw. 2732.04).(PSS-octa [(3-hydroxypropyl) dimethylsiloxy] substitute (CAS No. 288290-32-4) (3.0 g) substituted with octa (trimethoxysilylmethyl) , Acetonide-2,2-bis (methoxy) propionic anhydride (7.0 g), dimethylaminopyridine (0.3 g) and pyridine (6.4 g) were dissolved in methylene chloride (50 ml), and the mixture was stirred at 50 占 폚 for 6 hours. Distilled water (200 ml) was added to the resulting mixed solution, and the reaction was terminated. The resultant was successively washed with 10% NaHSO 4 (500 ml), 10% Na 2 CO 3 (500 ml) and brine (NaCl) (500 ml), and then filtered and dried to obtain a protected first dendrimer compound Yield 95%, Mw. 2732.04).

이어서, 상기 1차 덴드리머 화합물(3.0g)과 이온교환수지(DOWEX 50W-X2)(3.0g)를 메탄올(50ml)에 넣고 상온에서 6시간 동안 교반한 후, 세라이트(celite) 필터를 통과시켰다. 걸러진 용액을 여과 건조하여 정제된 16개 히드록시 그룹을 가진 상기 화학식 1a의 덴드리머 화합물을 얻었다(수율 95%, Mw. 2411.53)(도 1의 NMR 참조).Subsequently, the primary dendrimer compound (3.0 g) and an ion exchange resin (DOWEX 50W-X2) (3.0 g) were placed in methanol (50 ml), stirred at room temperature for 6 hours, and passed through a celite filter . The filtered solution was filtered and dried to obtain a purified dendrimer compound of formula (1a) having 16 hydroxy groups (yield: 95%, Mw: 2411.53) (see NMR in FIG.

II. 본 발명의 하드마스크용 고분자의 제조II. Preparation of Polymer for Hard Mask of the Present Invention

실시예 1Example 1

옥타(트리메톡시실릴메틸)로 치환된 피에스에스다이메톡시-실릴메틸-포스(CAS NO. 288290-32-4)(8.0g), 폴리(4-히드록시스티렌)(poly(4-hydroxystyrene))(2g) 및 테트라메톡시메틸글리코루릴(CAS No.17464-88-9)(1.5g), 2-히드록시헥실파라톨루에닐설포네이트(0.5g)를 프로필렌글리콘 모토메틸에테르 아세테이트(PGMEA)(60g)에 용해시킨 다음 0.2㎛ 미세 필터를 통과시켜 본 발명의 하드마스크 조성물(1)을 제조하였다.(CAS No. 288290-32-4) (8.0 g), poly (4-hydroxystyrene) (poly (4-hydroxystyrene)) substituted with octa (trimethoxysilylmethyl) ) (2g) and tetramethoxymethylglycoluril (CAS No. 17464-88-9) (1.5g) and 2-hydroxyhexyl paratoluenylsulfonate (0.5g) were dissolved in propylene glycolmotomethyl ether acetate (PGMEA) (60 g), and then passed through a 0.2 mu m fine filter to prepare the hard mask composition (1) of the present invention.

실시예 2Example 2

상기 제조예 1의 덴드리머 화합물(8g), 폴리(4-히드록시스티렌)(2g) 및 테트라메톡시메틸글리코루릴(1.5g), 2-히드록시헥실파라톨루에닐설포네이트(0.5g)를 프로필렌글리콘 모토메틸에테르 아세테이트(PGMEA)(60g)에 용해시킨 다음 0.2㎛ 미세 필터를 통과시켜 본 발명의 하드마스크 조성물(2)을 제조하였다.(8 g), poly (4-hydroxystyrene) (2 g), tetramethoxymethyl glycoluril (1.5 g) and 2-hydroxyhexyl paratoluenyl sulfonate (0.5 g) Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) (60 g) and then passed through a 0.2 mu m fine filter to prepare the hard mask composition (2) of the present invention.

실시예 3Example 3

옥타(트리메톡시실릴메틸)로 치환된 피에스에스다이메톡시-실릴메틸-포스(8.0g), O-크레졸 노볼락 에폭시 수지(3g), 트리페닐설포늄 트리플레이트(0.5g)를 프로필렌글리콘 모토메틸에테르 아세테이트(PGMEA)(60g)에 용해시킨 다음, 0.2㎛ 미세 필터를 통과시켜 본 발명의 하드마스크 조성물(3)을 제조하였다.(8.0 g), O-cresol novolak epoxy resin (3 g) and triphenylsulfonium triflate (0.5 g) substituted with octa (trimethoxysilylmethyl) were dissolved in propylene glycol (PGMEA) (60 g), and then passed through a 0.2 mu m fine filter to prepare the hard mask composition (3) of the present invention.

실시예 4Example 4

상기 제조예 1의 덴드리머 화합물(7g), O-크레졸 노볼락 에폭시 수지(3g), 2-히드록시헥실파라톨루에닐설포네이트(0.5g)를 프로필렌글리콘 모토메틸에테르 아세테이트(PGMEA)(60g)에 용해시킨 다음, 0.2㎛ 미세 필터를 통과시켜 본 발명의 하 드마스크 조성물(4)을 제조하였다.3 g of the dendrimer compound (7 g), O-cresol novolak epoxy resin (2 g) and 2-hydroxyhexyl para-toluenesulfonate (0.5 g) were dissolved in 60 g of propylene glycolmotomethyl ether acetate (PGMEA) ), And then passed through a 0.2 mu m fine filter to prepare the hard mask composition (4) of the present invention.

III. 본 발명의 패턴 형성III. The pattern formation of the present invention

실험예 1Experimental Example 1

헥사메틸디실라잔(HMDS) 처리된 실리콘 웨이퍼에 실리콘질화막, 비정질탄소층, 193nm용 포토레지스트막(Shin-Etsu사, X-121), 실시예 1∼4의 하드마스크 조성물을 이용한 하드마스크막을 각각 형성하였다. 이때, 상기 비정질탄소층은 화학기상증착법(CVD)으로 형성하였다. 상기 포토레지스트막은 포토레지스트 조성물을 스핀 코팅법으로 도포한 후, 120℃에서 90초간 베이크하여 형성하였다. 상기 실시예 1∼4의 하드마스크 조성물을 이용한 하드마스크막은 스핀 코팅법으로 도포한 다음, 200℃ 온도에서 90초간 베이크하여 형성하였다. 상기 식각 공정은 C2F4 및 C4F8의 혼합 식각 가스(RF 전력: 약 700 W, 바이어스 전력: 약 150 W)를 이용하여 120초간 수행되었다.A silicon nitride film, an amorphous carbon layer, a photoresist film for 193 nm (Shin-Etsu Co., Ltd., X-121), and a hard mask film using the hard mask composition of Examples 1 to 4 were coated on a silicon wafer treated with hexamethyldisilazane (HMDS) Respectively. At this time, the amorphous carbon layer was formed by chemical vapor deposition (CVD). The photoresist film was formed by applying a photoresist composition by spin coating and baking at 120 DEG C for 90 seconds. The hard mask film using the hard mask composition of Examples 1 to 4 was applied by spin coating and then baked at 200 DEG C for 90 seconds. The etching process was performed for 120 seconds using mixed etching gas of C 2 F 4 and C 4 F 8 (RF power: about 700 W, bias power: about 150 W).

상기 각각의 막에 대한 동일한 식각 공정을 실시한 다음, 얻어진 각각의 막의 식각 속도를 하기 표 1에 나타내었다.The same etching process was performed for each of the above films, and the etching rates of the respective films thus obtained are shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]


식각 속도Etching rate 상대식각 속도Relative etching rate 포토레지스트막에
대한 선택비
On the photoresist film
Selection ratio
포토레지스트막Photoresist film 180nm/120sec180 nm / 120 sec 90nm/min90 nm / min 1One SiONSiON 600nm/10sec600 nm / 10 sec 3600/min3600 / min 4040 비정질 탄소층Amorphous carbon layer 140nm/120sec140 nm / 120 sec 70nm/min70 nm / min 0.770.77 실시예 1Example 1 2000nm/120sec2000 nm / 120 sec 1000nm/min1000 nm / min 11.111.1 실시예 2Example 2 2020nm/120sec2020 nm / 120 sec 1010nm/min1010 nm / min 11.211.2 실시예 3Example 3 2120nm/120sec2120 nm / 120 sec 1060nm/min1060 nm / min 11.811.8 실시예 4Example 4 2300nm/120sec2300 nm / 120 sec 1150nm/min1150 nm / min 12.7812.78

상기 표 1에 나타낸 결과와 같이 종래 하드마스크막으로 사용되던 비정질 탄소층의 경우, 포토레지스트막에 대한 상대식각 속도가 유사하여 포토레지스트막의 식각 선택비를 높이기 위한 마스크막으로 사용하기 부적합하지만, 본 발명의 실시예 1∼4의 조성물에 의해 형성된 하드마스크막의 경우, 상대식각 속도가 포토레지스트에 비하여 높고, 포토레지스트막에 대한 식각 선택비 또한 우수하므로, 피식각층과 포토레지스트막 사이에 적용하는 마스크막으로 사용하기 적합한 것을 알 수 있었다.As shown in Table 1, the amorphous carbon layer used as a conventional hard mask film is unsuitable for use as a mask film for increasing the etch selectivity of the photoresist film due to the similar etching rate to the photoresist film. However, In the case of the hard mask film formed by the compositions of Examples 1 to 4 of the present invention, since the relative etching rate is higher than that of the photoresist and the etching selectivity to the photoresist film is also excellent, Which is suitable for use as a membrane.

실험예 2Experimental Example 2

헥사메틸디실라잔(HMDS) 처리된 실리콘 웨이퍼에 실리콘질화막, 실리콘산화막, 비정질탄소층, 193nm용 포토레지스트막(Shin-Etsu사, X-121), 실시예 1∼4의 하드마스크 조성물을 이용한 하드마스크막을 각각 형성하였다. 이때, 상기 비정질탄소층은 화학기상증착법(CVD)으로 형성하였다. 상기 포토레지스트막은 포토레지스트 조성물을 스핀 코팅법으로 도포한 후, 120℃에서 90초간 베이크하여 형성하였다. 상기 실시예 1∼4의 하드마스크 조성물을 이용한 하드마스크막은 스핀 코팅법으로 도포한 다음, 200℃ 온도에서 90초간 베이크하여 형성하였다. 상기 식각 공정은 C2F4 및 C4F8의 혼합 식각 가스(RF 전력: 약 700 W, 바이어스 전력: 약 150 W)를 이용하여 120초간 수행되었다.A silicon nitride film, a silicon oxide film, an amorphous carbon layer, a 193 nm photoresist film (Shin-Etsu Company, X-121), and the hard mask compositions of Examples 1 to 4 were applied to a silicon wafer treated with hexamethyldisilazane (HMDS) A hard mask film was formed. At this time, the amorphous carbon layer was formed by chemical vapor deposition (CVD). The photoresist film was formed by applying a photoresist composition by spin coating and baking at 120 DEG C for 90 seconds. The hard mask film using the hard mask composition of Examples 1 to 4 was applied by spin coating and then baked at 200 DEG C for 90 seconds. The etching process was performed for 120 seconds using mixed etching gas of C 2 F 4 and C 4 F 8 (RF power: about 700 W, bias power: about 150 W).

상기 각각의 막에 대한 동일한 식각 공정을 실시한 다음, 얻어진 각각의 막의 식각 속도를 하기 표 2에 나타내었다.The same etching process was performed on each of the above films, and the etch rates of the respective films thus obtained are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

식각 속도Etching rate 상대식각 속도Relative etching rate SiO2막에 대한 선택비Selection ratio for SiO 2 film SiO2 SiO 2 1600nm/30sec1600 nm / 30 sec 3200nm/min3200 nm / min 1.01.0 SiONSiON 600nm/10sec600 nm / 10 sec 3600nm/min3600 nm / min 1.11.1 비정질 탄소층Amorphous carbon layer 140nm/120sec140 nm / 120 sec 70nm/min70 nm / min 0.020.02 실시예 1Example 1 2000nm/120sec2000 nm / 120 sec 1000nm/min1000 nm / min 0.310.31 실시예 2Example 2 2020nm/120sec2020 nm / 120 sec 1010nm/min1010 nm / min 0.320.32 실시예 3Example 3 2120nm/120sec2120 nm / 120 sec 1060nm/min1060 nm / min 0.330.33 실시예 4Example 4 2300nm/120sec2300 nm / 120 sec 1150nm/min1150 nm / min 0.360.36

상기 표 2에 나타낸 결과와 같이 종래 하드마스크막으로 사용되던 비정질 탄소층의 경우, 실리콘산화막에 대한 상대식각 속도가 매우 낮아 포토레지스트막의 식각 선택비를 높이기 위한 마스크막으로 사용하기 부적합한 반면, 본 발명의 실시예 1∼4의 조성물에 의해 형성된 하드마스크막의 경우, 피식각층인 실리콘산화막에 대한 상대식각 속도가 모두 낮고, 실리콘 산화막에 대한 식각 선택비 또한 우수하였다. 따라서, 피식각층과 포토레지스트막 사이에 적용하는 마스크막으로 사용하기 적합한 것을 알 수 있었다.As shown in Table 2, in the case of the amorphous carbon layer used as the conventional hard mask film, the relative etching rate with respect to the silicon oxide film is very low, which is unsuitable for use as a mask film for increasing the etch selectivity of the photoresist film. In the case of the hard mask film formed by the compositions of Examples 1 to 4, the relative etching rates with respect to the silicon oxide film as the etching layer were all low, and the etching selectivity to the silicon oxide film was also excellent. Therefore, it was found that the method is suitable for use as a mask film to be applied between the etching layer and the photoresist film.

상기 표 1 및 2에 나타낸 결과와 같이, 종래 하드마스크막으로 사용되던 비정질 탄소층의 경우 식각 마스크막인 포토레지스트막과 피식각층인 실리콘산화막에 대한 식각선택비가 낮아 마스크막으로 사용하기 부적합하였다. 또한, 실리콘산화질화막의 경우 피식각층인 실리콘산화막에 비하여 식각선택비가 낮기 때문에, 마스크 막으로 사용하기 부적합하였다. 따라서 포토레지스트막과 실리콘산화막에 대한 마스크막으로 사용되기 위해서는 비정질 탄소층과 실리콘산화질화막을 다층으로 형성해야 한다. 반면, 본 발명의 실시예 1∼4의 조성물에 의해 형성된 하드마스크막의 경우, 식각선택비가 포토레지스트보다 높고, 실리콘산화막 보다 낮아서 포토레지스트막의 식각 선택비를 개선하기 위하여 포토레지스트막과 피식각층 사이에 적용하는 마스크막으로 사용하기 적합한 것을 알 수 있다.As shown in Tables 1 and 2, in the case of the amorphous carbon layer used as the conventional hard mask film, the etching selectivity to the photoresist film as the etching mask film and the silicon oxide film as the etching layer was low, and thus it was unsuitable for use as the mask film. In addition, in the case of the silicon oxynitride film, since the etching selectivity is lower than that of the silicon oxide film as the etching layer, it is unsuitable for use as a mask film. Therefore, in order to be used as a mask film for the photoresist film and the silicon oxide film, the amorphous carbon layer and the silicon oxynitride film must be formed in multiple layers. On the other hand, in the case of the hard mask film formed by the compositions of Examples 1 to 4 of the present invention, in order to improve the etch selectivity ratio of the photoresist film due to the etching selectivity ratio being higher than that of the photoresist and lower than that of the silicon oxide film, It can be seen that it is suitable for use as a mask film to be applied.

실험예 3Experimental Example 3

헥사메틸디실라잔(HMDS) 처리된 실리콘 웨이퍼에 피식각층으로 실리콘산화막을 증착하고, 그 상부에 화학기상증착법(CVD)으로 200nm 두께의 비정질 탄소층을 형성한 다음, 그 상부에 실시예 2의 하드마스크 조성물을 3000rpm 속도로 스핀 코팅한 다음, 200℃ 온도에서 90초간 베이크하여 하드마스크막을 형성하였다,A silicon oxide film was deposited on a hexamethyldisilazane (HMDS) -treated silicon wafer as a spin coating layer, and an amorphous carbon layer having a thickness of 200 nm was formed thereon by chemical vapor deposition (CVD). Then, The hard mask composition was spin-coated at a speed of 3000 rpm and then baked at 200 DEG C for 90 seconds to form a hard mask film.

상기 하드마스크막 상부에 193nm용 포토레지스트막(Shin-Etsu사, X-121)를 0.17㎛ 두께로 코팅하고, 120℃에서 90초간 베이크한 다음, ArF 스캐너(NA=0.85, ASML사)를 사용하여 노광하고, 다시 120℃에서 90초간 베이크하였다. 베이크 종료 후, 2.38중량% TMAH 현상액으로 현상하여 80nm L/S 의 포토레지스트 패턴을 형성하였다.A 193 nm photoresist film (Shin-Etsu Co., X-121) was coated on the hard mask film to a thickness of 0.17 mu m and baked at 120 DEG C for 90 seconds. Then, an ArF scanner (NA = 0.85, And then baked at 120 캜 for 90 seconds. After the completion of the baking, the resultant was developed with a 2.38 wt% TMAH developer to form a photoresist pattern of 80 nm L / S.

상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 하드마스크를 식각하여 하드마스크 패턴을 형성한 다음, 다시 상기 하드마스크 패턴을 식각 마스크로 동일한 식각 공정 조건으로 피식각층에 대한 식각 공정을 수행하여 균일한 80nm L/S 의 미 세 피식각층 패턴을 형성하였다. 이때 상기 각각의 식각 공정은 C2F4 및 C4F8의 혼합 식각 가스(RF 전력: 약 700 W, 바이어스 전력: 약 150 W)를 이용하였다.The hard mask is etched using the photoresist pattern as an etch mask to form a hard mask pattern. The hard mask pattern is then etched using an etch mask under the same etching conditions to form a uniform 80 nm L / S fine pattern layer pattern. At this time, a mixed etching gas of C 2 F 4 and C 4 F 8 (RF power: about 700 W, bias power: about 150 W) was used for each etching process.

실험예 4Experimental Example 4

실시예 2의 조성물을 사용하는 대신 실시예 4의 조성물을 사용하는 것을 제외하고, 상기 실험예 3과 동일한 방법을 수행하여 80nm L/S 의 균일한 미세 피식각층 패턴을 형성하였다.A uniform micropatterned layer pattern of 80 nm L / S was formed in the same manner as in Experimental Example 3, except that the composition of Example 4 was used instead of the composition of Example 2.

도 1은 본 발명에서 제조된 덴드리머 화합물의 NMR 그래프.1 is an NMR graph of a dendrimer compound prepared in the present invention.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 패턴 형성 방법을 도시한 공정 단면도.FIGS. 2A to 2D are process cross-sectional views showing a pattern forming method of the present invention. FIG.

Claims (23)

하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 덴드리머 화합물:A dendrimer compound for a hard mask, which is represented by the following formula (1): [화학식 1][Chemical Formula 1]
Figure 112009033636835-pat00009
Figure 112009033636835-pat00009
상기 식에서, R1은 C1∼C10 의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고, R2는 C1∼C10 의 직쇄 또는 측쇄 알킬이다.Wherein, R 1 is a linear or branched alkylene group of C 1 ~C 10, R 2 is a straight or branched alkyl of C 1 ~C 10.
청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 화합물은 전체 중량에 대해 15∼45%의 실리콘(Si) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 덴드리머 화합물.Wherein the compound comprises from 15 to 45% silicon (Si) component based on the total weight of the dendrimer compound. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 화합물은 1,000∼30,000의 분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 덴드리머 화합물.Wherein the compound has a molecular weight of 1,000 to 30,000. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 화합물은 하기 화학식 1a로 표시되는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 덴드리머.Wherein the compound is represented by the following formula (1a). [화학식 1a][Formula 1a]
Figure 112009033636835-pat00010
Figure 112009033636835-pat00010
하기 화학식 1로 표시되는 덴드리머 화합물, 가교제, 가교밀도 보조수지, 촉매제 및 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물:A composition for a hard mask, which comprises a dendrimer compound represented by the following formula (1), a crosslinking agent, a crosslinking density auxiliary resin, a catalyst, and an organic solvent: [화학식 1][Chemical Formula 1]
Figure 112014085414203-pat00011
Figure 112014085414203-pat00011
상기 식에서, R1은 C1∼C10 의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고, R2는 C1∼C10 의 직쇄 또는 측쇄 알킬이다.Wherein, R 1 is a linear or branched alkylene group of C 1 ~C 10, R 2 is a straight or branched alkyl of C 1 ~C 10.
청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 1a로 표시되는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.The composition for hard mask according to claim 1, wherein the compound represented by Formula 1 is represented by Formula 1a. [화학식 1a][Formula 1a]
Figure 112009033636835-pat00013
Figure 112009033636835-pat00013
청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 가교제는 벤젠고리 혹은 지방족고리 주쇄에 메톡시 또는 에폭시 구조의 작용기를 포함하는, 분자량 100∼10,000의 고분자 화합물인 것을 특징으로 하는 하 드마스크용 조성물.Wherein the cross-linking agent is a macromolecule compound having a molecular weight of 100 to 10,000, wherein the cross-linking agent comprises a benzene ring or a functional group of a methoxy or epoxy structure in an aliphatic ring main chain. 청구항 7에 있어서, The method of claim 7, 상기 가교제는 테트라메톡시-메틸글리코루릴 수지 또는 O-크레졸 노볼락 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the crosslinking agent is tetramethoxy-methylglycoluril resin or O-cresol novolak epoxy resin. 청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 가교제는 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 10∼100중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the crosslinking agent is contained in an amount of 10 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the dendrimer compound. 청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 가교밀도 보조수지는 벤젠 고리 주쇄에 하이드록시(-OH) 작용기를 포함하는, 분자량 100∼5,000의 고분자 화합물인 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the crosslinking density auxiliary resin is a polymer compound having a molecular weight of 100 to 5,000 and containing a hydroxy (-OH) functional group in the benzene ring main chain. 청구항 10에 있어서, The method of claim 10, 상기 가교밀도 보조수지는 폴리(4-히드록시스티렌)인 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the crosslinking density auxiliary resin is poly (4-hydroxystyrene). 청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 가교밀도 보조수지는 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 10∼50중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the crosslinking density auxiliary resin is contained in an amount of 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the dendrimer compound. 청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 촉매제는 열산발생제 또는 광산발생제인 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the catalyst is a thermal acid generator or a photo acid generator. 청구항 13에 있어서, 14. The method of claim 13, 상기 열산발생제는 하기 화학식 3 및 화학식 4로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the thermal acid generator is selected from the group consisting of the following formulas (3) and (4). [화학식 3](3)
Figure 112009033636835-pat00014
Figure 112009033636835-pat00014
[화학식 4][Chemical Formula 4]
Figure 112009033636835-pat00015
Figure 112009033636835-pat00015
상기 식에서, A 는 설포닐기를 포함하는 작용기이고, n 은 0 또는 1 이다.Wherein A is a functional group comprising a sulfonyl group and n is 0 or 1.
청구항 13에 있어서, 14. The method of claim 13, 상기 광산발생제는 프탈이미도트리플루오로메탄설포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디설폰, 나프틸이미도트리플루오로메탄설포네이트, 디페닐파라메톡시페닐 설포늄트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 설포늄트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐 설포늄트리플레이트, 트리페닐 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 또는 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트인 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.The photoacid generator may be selected from phthalimidotrifluoromethane sulfonate, dinitrobenzyltosylate, n-decyldisulfone, naphthylimidotrifluoromethane sulfonate, diphenylparamethoxyphenylsulfonium triflate, diphenyl para Triphenylsulfonium triflate, diphenyl paraisobutylphenyl sulfonium triflate, triphenyl hexafluoroarsenate, triphenyl hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium triflate or dibutylnaphthylsulfonium tri Wherein the composition is a plate. 청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 촉매제는 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 0.1∼10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the catalyst is contained in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the dendrimer compound. 청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 유기용매는 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 메틸 3-메톡시프로피오네이트, 사이클로헥사논, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA), 2-헵타논 및 에틸락테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 용매인 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-methoxypropionate, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), 2-heptanone and ethyl lactate Of the total weight of the hard mask. 청구항 5에 있어서, The method of claim 5, 상기 유기용매는 상기 덴드리머 화합물 100중량부에 대하여 500∼10,000 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 하드마스크용 조성물.Wherein the organic solvent is contained in an amount of 500 to 10,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the dendrimer compound. 기판의 피식각층 상부에 청구항 5 기재의 하드마스크용 조성물을 도포하는 단계;Applying a composition for a hard mask according to claim 5 to an upper portion of the etching layer of the substrate; 상기 하드마스크용 조성물에 대한 경화 공정을 실시하여 하드마스크막을 형성하는 단계; Performing a hardening process on the hard mask composition to form a hard mask film; 상기 하드마스크막 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the hard mask film; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하드마스크막을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a hard mask pattern by etching the hard mask film using the photoresist pattern as an etch mask; And 상기 하드마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.And forming the etching layer pattern by etching the etching layer using the hard mask pattern as an etching mask. 청구항 19에 있어서,The method of claim 19, 상기 피식각층은 실리콘산화막 또는 실리콘산화질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.Wherein the etching layer is a silicon oxide film or a silicon oxynitride film. 청구항 19에 있어서,The method of claim 19, 상기 하드마스크용 조성물을 코팅하기 전, 피식각층 상부에 비정질 카본층 또는 탄소를 함유하는 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.Further comprising the step of forming an amorphous carbon layer or a polymer layer containing carbon on the etching layer before coating the hard mask composition. 청구항 19에 있어서,The method of claim 19, 상기 경화 공정은 노광 또는 베이크 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.Wherein the curing step is performed in an exposure or baking step. 청구항 19 기재의 패턴 형성 방법을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 의해 제조된 반도체 소자.A semiconductor device manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19.
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