KR102222780B1 - Organic layer composition, and method of forming patterns - Google Patents

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Abstract

일 구현예에 따른 유기막 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 구조단위를 포함하는 중합체, 하기 화학식 2로 표현되는 가교제, 그리고 용매를 포함하는 유기막 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]

Figure 112018042823945-pat00035

[화학식 2]
Figure 112018042823945-pat00036

상기 화학식 1 및 2의 정의는 명세서 내에 기재한 바와 같다.An organic film composition according to an embodiment relates to an organic film composition comprising a polymer including a structural unit represented by Formula 1 below, a crosslinking agent represented by Formula 2 below, and a solvent.
[Formula 1]
Figure 112018042823945-pat00035

[Formula 2]
Figure 112018042823945-pat00036

The definitions of Formulas 1 and 2 are as described in the specification.

Description

유기막 조성물 및 패턴 형성 방법{ORGANIC LAYER COMPOSITION, AND METHOD OF FORMING PATTERNS}Organic film composition and pattern formation method {ORGANIC LAYER COMPOSITION, AND METHOD OF FORMING PATTERNS}

유기막 조성물, 그리고 상기 유기막 조성물을 사용하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.It relates to an organic film composition, and a pattern forming method using the organic film composition.

최근 반도체 산업은 수백 나노미터 크기의 패턴에서 수 내지 수십 나노미터 크기의 패턴을 가지는 초미세 기술로 발전하고 있다. 이러한 초미세 기술을 실현하기 위해서는 효과적인 리쏘그래픽 기법이 필수적이다.Recently, the semiconductor industry is developing from a pattern of several hundred nanometers to an ultra-fine technology having a pattern of several to tens of nanometers. Effective lithographic techniques are essential to realize such ultra-fine technology.

전형적인 리쏘그래픽 기법은 반도체 기판 위에 재료층을 형성하고 그 위에 포토레지스트 층을 코팅하고 노광 및 현상을 하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료층을 식각하는 과정을 포함한다.A typical lithographic technique involves forming a material layer on a semiconductor substrate, coating a photoresist layer thereon, exposing and developing to form a photoresist pattern, and then etching the material layer using the photoresist pattern as a mask. do.

근래, 형성하고자 하는 패턴의 크기가 감소함에 따라 상술한 전형적인 리쏘그래픽 기법만으로는 양호한 프로파일을 가진 미세 패턴을 형성하기 어렵다. 이에 따라 식각하고자 하는 재료층과 포토레지스트 층 사이에 일명 하드마스크 층(hardmask layer)이라고 불리는 유기막을 형성하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.In recent years, as the size of the pattern to be formed decreases, it is difficult to form a fine pattern having a good profile using only the above-described typical lithographic technique. Accordingly, a fine pattern may be formed by forming an organic layer called a hardmask layer between the material layer to be etched and the photoresist layer.

하드마스크 층은 선택적 식각 과정을 통하여 포토레지스트의 미세 패턴을 재료 층으로 전사해주는 중간막으로서 역할을 한다.  따라서 하드마스크 층은 다중 식각 과정 동안 견딜 수 있도록 내열성 및 내식각성의 특성이 필요하다.The hard mask layer serves as an interlayer that transfers the fine pattern of the photoresist to the material layer through a selective etching process. Therefore, the hard mask layer needs heat resistance and corrosion resistance so that it can withstand multiple etching processes.

한편, 근래 하드마스크 층은 화학기상증착 방법 대신 스핀-온 코팅(spin-on coating) 방법으로 형성하는 것이 제안되었다. 스핀-온 코팅 방법은 공정이 용이할 뿐만 아니라 갭-필(gap-fill) 특성 및 평탄화 특성을 개선할 수 있다. 미세 패턴을 실현하기 위해서는 다중 패턴 형성이 필수적인데 이 때 패턴 안을 공극 없이 막으로 매립하는 매립 특성이 필요하게 된다. 또한, 피가공 기판에 단차가 있는 경우나 패턴 밀집 부분 및 패턴이 없는 영역이 웨이퍼 상에 함께 존재하는 경우, 하층막에 의해서 막 표면을 평탄화시킬 필요가 있다.On the other hand, in recent years, it has been proposed to form a hardmask layer by a spin-on coating method instead of a chemical vapor deposition method. The spin-on coating method is not only easy to process, but also improves gap-fill characteristics and planarization characteristics. In order to realize a fine pattern, it is necessary to form multiple patterns, and at this time, a buried property of filling the inside of the pattern with a film without voids is required. In addition, when there is a step difference in the substrate to be processed, or when a pattern dense portion and an area without a pattern exist together on the wafer, it is necessary to flatten the film surface by the lower layer film.

상술한 하드마스크 층에 요구되는 특성들을 만족할 수 있는 유기막 재료가 요구된다.There is a need for an organic film material capable of satisfying the characteristics required for the above-described hardmask layer.

일 구현예는 내식각성을 확보하면서도 스핀-코팅 방법으로 도포 시에 평탄화 특성 및 갭-필 특성이 우수한 유기막 조성물을 제공한다. One embodiment provides an organic film composition having excellent planarization properties and gap-fill properties when applied by a spin-coating method while securing etch resistance.

또 다른 구현예는 상기 유기막 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공한다.Another embodiment provides a pattern formation method using the organic film composition.

일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 구조단위를 포함하는 중합체,According to an embodiment, a polymer comprising a structural unit represented by the following formula (1),

하기 화학식 2로 표현되는 가교제, 그리고 용매를 포함하는 유기막 조성물을 제공한다.It provides an organic film composition comprising a crosslinking agent represented by the following formula (2) and a solvent.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018042823945-pat00001
Figure 112018042823945-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A1은 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 적어도 하나 포함하는 2가의 고리기이고, A 1 is a divalent cyclic group containing at least one substituted or unsubstituted benzene ring,

B1은 2가의 유기기이고,B 1 is a divalent organic group,

*은 연결지점이다;* Is the point of connection;

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018042823945-pat00002
Figure 112018042823945-pat00002

상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,

L은 이중결합을 2개 포함하거나 삼중결합을 2개 포함하는 2가의 유기기이고,L is a divalent organic group containing two double bonds or two triple bonds,

X 및 Y는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이고,X and Y are each independently a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.a and b are each independently an integer of 0 to 4.

상기 가교제는 하기 화학식 3 또는 4로 표현될 수 있다. The crosslinking agent may be represented by the following Chemical Formula 3 or 4.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112018042823945-pat00003
Figure 112018042823945-pat00003

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112018042823945-pat00004
Figure 112018042823945-pat00004

상기 화학식 3 및 4에서,In Chemical Formulas 3 and 4,

X 및 Y는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이고,X and Y are each independently a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,a and b are each independently an integer of 0 to 4,

c 내지 f는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다.c to f are each independently an integer of 0 to 5.

상기 화학식 3 및 4에서 a 및 b의 합은 1 이상일 수 있다.In Formulas 3 and 4, the sum of a and b may be 1 or more.

상기 화학식 3 및 4에서 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수일 수 있다.In Formulas 3 and 4, a and b may each independently be an integer of 1 to 4.

상기 화학식 3에서 c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 화학식 4에서 e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수일 수 있다.In Formula 3, c and d are each independently an integer of 1 to 4, and in Formula 4, e and f may each independently be an integer of 1 to 4.

상기 화학식 1에서 A1은 그 구조 내에 적어도 2개의 고리를 포함하는 2가의 고리기일 수 있다.In Formula 1, A 1 may be a divalent cyclic group including at least two rings in its structure.

상기 화학식 1에서 A1은 하기 그룹 1 및 2에 나열된 화합물들 중 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기로서, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 것일 수 있다.In Formula 1, A 1 is a divalent cyclic group derived from any one of the compounds listed in Groups 1 and 2 below, and the divalent cyclic group may be substituted or unsubstituted with at least one hydrogen atom.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112018042823945-pat00005
Figure 112018042823945-pat00005

[그룹 2][Group 2]

Figure 112018042823945-pat00006
Figure 112018042823945-pat00006

상기 그룹 1에서,In group 1 above,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이고, M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl,

상기 그룹 2에서,In group 2 above,

R0 및 R1은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이다.R 0 and R 1 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a It is a combination.

상기 화학식 1에서 B1은 하기 화학식 4로 표현될 수 있다.In Formula 1, B 1 may be represented by the following Formula 4.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112018042823945-pat00007
Figure 112018042823945-pat00007

상기 화학식 4에서,In Chemical Formula 4,

m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이고,m and n are each independently an integer of 0 to 2,

Z은 하기 그룹 3에서 선택되는 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기이고, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 기이고,Z is a divalent cyclic group derived from any one selected from the following group 3, and the divalent cyclic group is a group in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted,

*는 연결지점이다:* Is the point of connection:

[그룹 3][Group 3]

Figure 112018042823945-pat00008
Figure 112018042823945-pat00008

상기 그룹 3에서,In group 3 above,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이다.M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl.

상기 중합체 및 가교제는 40:60 내지 80:20 중량비의 함량으로 포함될 수 있다.The polymer and the crosslinking agent may be included in an amount of 40:60 to 80:20 by weight.

상기 유기막 조성물은 열산 발생제를 더 포함할 수 있다.The organic layer composition may further include a thermal acid generator.

또 다른 구현예에 따르면, 기판 위에 재료 층을 형성하는 단계, 상기 재료 층 위에 상술한 유기막 조성물을 적용하는 단계, 상기 유기막 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계, 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계, 상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.According to another embodiment, the step of forming a material layer on a substrate, applying the above-described organic film composition on the material layer, forming a hardmask layer by heat treatment of the organic film composition, on the hardmask layer Forming a silicon-containing thin film layer, forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer, exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern, the silicon-containing thin film layer and It provides a pattern forming method comprising selectively removing the hardmask layer, exposing a portion of the material layer, and etching the exposed portion of the material layer.

상기 유기막 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행할 수 있다.The step of applying the organic film composition may be performed by a spin-on coating method.

상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 바닥 반사 방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.It may further include forming a bottom anti-reflective layer (BARC) before forming the photoresist layer.

본 발명에 따른 유기막 조성물은 내식각성을 확보하면서도 스핀-코팅 방법으로 도포 시에 평탄화 특성 및 갭-필 특성이 우수한 유기막 조성물을 제공할 수 있다.The organic film composition according to the present invention can provide an organic film composition having excellent planarization characteristics and gap-fill characteristics when applied by a spin-coating method while securing etch resistance.

도 1은 일 구현예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이고,
도 2는 평탄화 특성의 평가 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
1 is a flow chart for explaining a pattern forming method according to an embodiment,
2 is a reference diagram for explaining a method of evaluating planarization characteristics.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the embodiments of the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl, 또는 I), 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C2 내지 C30 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15의 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise defined herein, the term'substituted' means that the hydrogen atom in the compound is a halogen atom (F, Br, Cl, or I), a hydroxy group, a nitro group, a cyano group, an amino group, an azido group, an amidino group, Hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or salt thereof, sulfonic acid group or salt thereof, phosphoric acid or salt thereof, C1 to C30 alkyl group, C2 to C30 alkenyl group, C2 to C30 alky Nyl group, C6 to C30 aryl group, C7 to C30 arylalkyl group, C1 to C30 alkoxy group, C1 to C20 heteroalkyl group, C3 to C20 heteroarylalkyl group, C3 to C30 cycloalkyl group, C3 to C15 cycloalkenyl group, C6 to C15 It means substituted with a substituent selected from a cycloalkynyl group, a C3 to C30 heterocycloalkyl group, and combinations thereof.

또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유한 것을 의미한다.In addition, unless otherwise defined in the specification,'hetero' means containing 1 to 3 heteroatoms selected from N, O, S, and P.

또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '*'는 화합물 또는 화합물 부분(moiety)의 연결 지점을 가리킨다.In addition, unless otherwise defined in the specification,'*' indicates a connection point of a compound or a compound moiety.

이하 일 구현예에 따른 유기막 조성물을 설명한다.Hereinafter, an organic film composition according to an embodiment will be described.

일 구현예에 따른 유기막 조성물은 하기 화학식 1로 표현되는 구조단위를 포함하는 중합체, 하기 화학식 2로 표현되는 가교제, 그리고 용매를 포함한다.The organic film composition according to an embodiment includes a polymer including a structural unit represented by Formula 1 below, a crosslinking agent represented by Formula 2 below, and a solvent.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018042823945-pat00009
Figure 112018042823945-pat00009

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

A1은 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 적어도 하나 포함하는 2가의 고리기이고, A 1 is a divalent cyclic group containing at least one substituted or unsubstituted benzene ring,

B1은 2가의 유기기이고,B 1 is a divalent organic group,

*은 연결지점이다:* Is the connection point:

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018042823945-pat00010
Figure 112018042823945-pat00010

상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,

L은 이중결합을 2개 포함하거나 삼중결합을 2개 포함하는 2가의 유기기이고,L is a divalent organic group containing two double bonds or two triple bonds,

X 및 Y는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이고,X and Y are each independently a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.a and b are each independently an integer of 0 to 4.

먼저 상기 중합체에 관하여 설명한다.First, the polymer will be described.

상기 중합체는 그 구조단위 내에 A1으로 표현되는 고리기 부분과 B1으로 표현되는 연결기 부분을 포함한다.The polymer includes a cyclic group moiety represented by A 1 and a linking group moiety represented by B 1 in the structural unit.

예를 들어, 상기 화학식 1에서 A1은 그 구조 내에 적어도 2개의 고리를 포함하는 2가의 고리기일 수 있으며 예컨대 하기 그룹 1 및 2에 나열된 화합물들 중 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기로서, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formula 1, A 1 may be a divalent cyclic group containing at least two rings in its structure, for example, as a divalent cyclic group derived from any one of the compounds listed in Groups 1 and 2 below, The divalent cyclic group may be one in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted, but is not limited thereto.

[그룹 1][Group 1]

Figure 112018042823945-pat00011
Figure 112018042823945-pat00011

[그룹 2][Group 2]

Figure 112018042823945-pat00012
Figure 112018042823945-pat00012

상기 그룹 1에서,In group 1 above,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이고, M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl,

상기 그룹 2에서,In group 2 above,

R0 및 R1은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이다.R 0 and R 1 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a It is a combination.

예를 들어, 상기 화학식 1에서 B1은 하기 화학식 4로 표현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formula 1, B 1 may be represented by Formula 4 below, but is not limited thereto.

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112018042823945-pat00013
Figure 112018042823945-pat00013

상기 화학식 4에서,In Chemical Formula 4,

m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이고,m and n are each independently an integer of 0 to 2,

Z은 하기 그룹 3에서 선택되는 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기이고, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 기이고,Z is a divalent cyclic group derived from any one selected from the following group 3, and the divalent cyclic group is a group in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted,

*는 연결지점이다:* Is the point of connection:

[그룹 3][Group 3]

Figure 112018042823945-pat00014
Figure 112018042823945-pat00014

상기 그룹 3에서,In group 3 above,

M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이다.M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl.

상기 화학식 4에서 m 및 n은 예컨대 각각 1일 수 있다. In Formula 4, m and n may each be 1, for example.

상기 화학식 4에서 Z는 예컨대 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합과 같은 적어도 하나의 작용기에 의해 치환된 것일 수 있다.In Formula 4, Z is at least such as a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof. It may be substituted by one functional group.

예를 들어, 상기 중합체의 중량평균분자량은 1,000 내지 200,000일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the weight average molecular weight of the polymer may be 1,000 to 200,000, but is not limited thereto.

다음으로 상기 가교제에 관하여 설명한다.Next, the crosslinking agent will be described.

상술한 바와 같이 일 구현예에 따른 유기막 조성물은 상기 화학식 2로 표현되는 가교제를 포함한다.As described above, the organic film composition according to the exemplary embodiment includes a crosslinking agent represented by Chemical Formula 2.

상기 가교제는 두 개의 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 포함하며, 이들 벤젠 고리는 2가의 유기기에 의해 연결된다. 여기서 L로 표현되는 2가의 유기기는 이중결합을 2개 포함하거나 삼중결합을 2개 포함한다. The crosslinking agent includes two substituted or unsubstituted benzene rings, and these benzene rings are connected by a divalent organic group. Here, the divalent organic group represented by L contains two double bonds or two triple bonds.

즉, 상기 가교제는 2개의 탄소 이중결합인 디엔(Diene) 구조를 가지거나 2개의 탄소 삼중결합인 디인(Diyne) 구조를 가진다. 이에 따라 상기 유기막 조성물 경화 시 Diels-Alder reaction을 통하여 고리를 형성하는 쪽으로 반응이 진행되므로 내식각성 및 내열성을 확보할 수 있으며, 경화 전 조성물 상태에서는 고리를 형성하고 있지 않으므로 용해도 특성 및 스핀-코팅 방법으로 도포 시에 평탄화 특성 및 갭-필 특성이 우수할 수 있다. That is, the crosslinking agent has a diene structure, which is two carbon double bonds, or a diyne structure, which is two carbon triple bonds. Accordingly, when the organic film composition is cured, the reaction proceeds toward forming a ring through the Diels-Alder reaction, so etch resistance and heat resistance can be secured.Because the composition does not form a ring before curing, solubility characteristics and spin-coating When applied by the method, flattening properties and gap-fill properties may be excellent.

하기 스킴 1은 상술한 유기막 조성물의 경화 시 상기 가교제의 구조 변화를 설명하기 위한 것이다.Scheme 1 below is for explaining the change in the structure of the crosslinking agent during curing of the organic film composition described above.

[스킴 1][Scheme 1]

Figure 112018042823945-pat00015
Figure 112018042823945-pat00015

상기 스킴 1을 참고하면, 상기 가교제 내의 디엔(Diene) 구조/ 디인(Diyne) 구조가 유기막 조성물에 포함됨에 따라 유기막 조성물의 상충되는 여러 물성을 동시에 확보 가능하게 함을 알 수 있다.Referring to Scheme 1, it can be seen that as the Diene structure/Diyne structure in the crosslinking agent is included in the organic film composition, it is possible to simultaneously secure several conflicting physical properties of the organic film composition.

예를 들어, 상기 가교제는 하기 화학식 3 또는 4로 표현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the crosslinking agent may be represented by the following Chemical Formula 3 or 4, but is not limited thereto.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112018042823945-pat00016
Figure 112018042823945-pat00016

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112018042823945-pat00017
Figure 112018042823945-pat00017

상기 화학식 3 및 4에서,In Chemical Formulas 3 and 4,

X 및 Y는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이고,X and Y are each independently a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,

a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,a and b are each independently an integer of 0 to 4,

c 내지 f는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다.c to f are each independently an integer of 0 to 5.

예를 들어, 상기 화학식 3 및 4에서 a 및 b의 합은 1 이상일 수 있으며, 예컨대 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formulas 3 and 4, the sum of a and b may be 1 or more, and for example, a and b may each independently be an integer of 1 to 4, but are not limited thereto.

예를 들어, 상기 화학식 3에서 c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 화학식 4에서 e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in Formula 3, c and d are each independently an integer of 1 to 4, and in Formula 4, e and f may each independently be an integer of 1 to 4, but are not limited thereto.

상기 유기막 조성물에 포함되는 중합체의 함량은 상기 유기막 조성물의 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 50 중량%, 약 0.1 내지 30 중량%, 약 5 내지 30 중량%, 또는 약 0.1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 중합체가 포함됨으로써 유기막의 두께, 표면 거칠기 및 평탄화 정도를 조절할 수 있다.The content of the polymer contained in the organic film composition is included in about 0.1 to 50% by weight, about 0.1 to 30% by weight, about 5 to 30% by weight, or about 0.1 to 15% by weight based on the total content of the organic film composition. I can. By including the polymer within the above range, the thickness, surface roughness, and level of planarization of the organic film can be controlled.

상기 유기막 조성물에 포함되는 가교제의 함량은 한정되지 않으나, 상기 중합체 및 상기 가교제가 40:60 내지 80:20 중량비의 함량으로 포함되도록 조정할 수 있다. The content of the crosslinking agent included in the organic film composition is not limited, but the polymer and the crosslinking agent may be adjusted to be included in a weight ratio of 40:60 to 80:20.

한편, 상기 유기막 조성물에 포함되는 용매는 상기 중합체에 대한 충분한 용해성 또는 분산성을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 디아세테이트, 메톡시 프로판디올, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 트리(에틸렌글리콜)모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 사이클로헥사논, 에틸락테이트, 감마-부티로락톤, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 메틸피롤리돈, 메틸피롤리디논, 아세틸아세톤 및 에틸 3-에톡시프로피오네이트에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.On the other hand, the solvent contained in the organic film composition is not particularly limited as long as it has sufficient solubility or dispersibility in the polymer, for example, propylene glycol, propylene glycol diacetate, methoxy propanediol, diethylene glycol, diethylene glycol butyl Ether, tri(ethylene glycol) monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, ethyl lactate, gamma-butyrolactone, N,N-dimethylformamide, N,N- It may contain at least one selected from dimethylacetamide, methylpyrrolidone, methylpyrrolidinone, acetylacetone, and ethyl 3-ethoxypropionate.

상기 유기막 조성물은 추가적으로 계면활성제, 열산 발생제, 가소제, 및 상기 화학식 2로 표현되는 가교제 외의 통상의 가교제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.The organic film composition may further include additives such as a surfactant, a thermal acid generator, a plasticizer, and a conventional crosslinking agent other than the crosslinking agent represented by Formula 2 above.

상기 계면활성제는 예컨대 플루오로알킬계 화합물, 알킬벤젠설폰산염, 알킬피리디늄염, 폴리에틸렌글리콜, 제4암모늄염 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The surfactant may be, for example, a fluoroalkyl-based compound, an alkylbenzene sulfonate, an alkylpyridinium salt, a polyethylene glycol, or a quaternary ammonium salt, but is not limited thereto.

상기 열산발생제는 예컨대 p-톨루엔술폰산, 트리플루오로메탄술폰산, 피리디늄p-톨루엔술폰산, 살리실산, 술포살리실산, 구연산, 안식향산, 하이드록시안식향산, 나프탈렌카르본산 등의 산성 화합물 또는/및 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디에논, 벤조인토실레이트, 2-니트로벤질토실레이트, 그 밖에 유기술폰산알킬에스테르 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The thermal acid generator is an acidic compound such as p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium p-toluenesulfonic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, citric acid, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, naphthalenecarboxylic acid, or/and 2,4 ,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzointosylate, 2-nitrobenzyltosylate, and other organic fonate alkyl esters may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 첨가제는 상기 유기막 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함함으로써 유기막 조성물의 광학적 특성을 변경시키지 않으면서 용해도를 향상시킬 수 있다.The additive may be included in an amount of about 0.001 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic layer composition. By including it in the above range, solubility can be improved without changing the optical properties of the organic film composition.

또 다른 구현예에 따르면, 상술한 유기막 조성물을 사용하여 제조된 유기막을 제공한다. 상기 유기막은 상술한 유기막 조성물을 예컨대 기판 위에 코팅한 후 열처리 과정을 통해 경화된 형태일 수 있으며, 예컨대 하드마스크 층, 평탄화막, 희생막, 충진제 등 전자 디바이스에 사용되는 유기 박막을 포함할 수 있다. According to another embodiment, an organic film manufactured using the above-described organic film composition is provided. The organic film may be in the form of coating the above-described organic film composition on a substrate, for example, and then cured through a heat treatment process. have.

이하 상술한 유기막 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.Hereinafter, a method of forming a pattern using the organic film composition described above will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 일 구현예에 따른 패턴 형성 방법을 설명하는 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of forming a pattern according to an exemplary embodiment.

일 구현예에 따른 패턴 형성 방법은 기판 위에 재료 층을 형성하는 단계(S1), 상기 재료 층 위에 상술한 유기막 조성물을 적용하는 단계(S2), 상기 유기막 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계(S3), 상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계(S4), 상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계(S5), 상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(S6), 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계(S7), 그리고 상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계(S8)를 포함한다.A pattern formation method according to an embodiment includes forming a material layer on a substrate (S1), applying the above-described organic film composition on the material layer (S2), and forming a hardmask layer by heat-treating the organic film composition. (S3), forming a silicon-containing thin film layer on the hardmask layer (S4), forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer (S5), and exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern Forming (S6), selectively removing the silicon-containing thin film layer and the hardmask layer using the photoresist pattern, and exposing a portion of the material layer (S7), and the exposed portion of the material layer And etching (S8).

상기 기판은 예컨대 실리콘 웨이퍼, 유리 기판 또는 고분자 기판일 수 있다.The substrate may be, for example, a silicon wafer, a glass substrate, or a polymer substrate.

상기 재료 층은 최종적으로 패턴하고자 하는 재료이며, 예컨대 알루미늄, 구리 등과 같은 금속층, 실리콘과 같은 반도체 층 또는 산화규소, 질화규소 등과 같은 절연층일 수 있다. 상기 재료 층은 예컨대 화학기상증착 방법으로 형성될 수 있다.The material layer is a material to be finally patterned, and may be, for example, a metal layer such as aluminum or copper, a semiconductor layer such as silicon, or an insulating layer such as silicon oxide or silicon nitride. The material layer can be formed, for example, by a chemical vapor deposition method.

상기 유기막 조성물은 전술한 바와 같으며, 용액 형태로 제조되어 스핀-온 코팅 방법으로 도포될 수 있다. 이때 상기 유기막 조성물의 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 약 50 내지 200,000Å 두께로 도포될 수 있다.The organic film composition is as described above, and may be prepared in a solution form and applied by a spin-on coating method. At this time, the coating thickness of the organic layer composition is not particularly limited, but may be applied to a thickness of, for example, about 50 to 200,000 Å.

상기 유기막 조성물을 열처리하는 단계는 예컨대 약 100 내지 700℃에서 약 10초 내지 1시간 동안 수행할 수 있다.The step of heat-treating the organic film composition may be performed at, for example, about 100 to 700° C. for about 10 seconds to 1 hour.

상기 실리콘 함유 박막층은 예컨대 SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO 및/또는 SiN 등의 물질로 형성할 수 있다.The silicon-containing thin film layer may be formed of, for example, a material such as SiCN, SiOC, SiON, SiOCN, SiC, SiO and/or SiN.

또한 상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 상기 실리콘 함유 박막층 상부에 바닥 반사방지 층(bottom anti-reflective coating, BARC)을 더 형성할 수도 있다.In addition, before forming the photoresist layer, a bottom anti-reflective coating (BARC) may be further formed on the silicon-containing thin film layer.

상기 포토레지스트 층을 노광하는 단계는 예컨대 ArF, KrF 또는 EUV 등을 사용하여 수행할 수 있다. 또한 노광 후 약 100 내지 700℃에서 열처리 공정을 수행할 수 있다.The step of exposing the photoresist layer may be performed using, for example, ArF, KrF, or EUV. In addition, after exposure, a heat treatment process may be performed at about 100 to 700°C.

상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계는 식각 가스를 사용한 건식 식각으로 수행할 수 있으며, 식각 가스는 예컨대 CHF3, CF4, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다.The step of etching the exposed portion of the material layer may be performed by dry etching using an etching gas, and the etching gas may be, for example, CHF 3 , CF 4 , Cl 2 , BCl 3, and a mixed gas thereof.

상기 식각된 재료 층은 복수의 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 복수의 패턴은 금속 패턴, 반도체 패턴, 절연 패턴 등 다양할 수 있으며, 예컨대 반도체 집적 회로 디바이스 내의 다양한 패턴으로 적용될 수 있다.The etched material layer may be formed in a plurality of patterns, and the plurality of patterns may be various, such as a metal pattern, a semiconductor pattern, and an insulating pattern, and may be applied as various patterns in, for example, a semiconductor integrated circuit device.

이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.The embodiments of the present invention described above will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention.

중합체 합성Polymer synthesis

중합예Polymerization example 1 One

컨덴서를 장착한 500 mL 2-neck round-bottomed flask에 1-hydroxypyrene 21.8g(0.1mol), 1-naphthol 14.5g(0.1mol), paraformaldehyde 6g(0.2mol), diethyl sulfate 15.4g(0.1mol), 그리고 PGMEA 115g을 투입한 후, 100℃로 6시간 동안 가열하여 하기 화학식 1a로 표현되는 구조단위를 포함하는 중합체(MW: 1,500)를 얻었다.In a 500 mL 2-neck round-bottomed flask equipped with a condenser, 1-hydroxypyrene 21.8g (0.1mol), 1-naphthol 14.5g (0.1mol), paraformaldehyde 6g (0.2mol), diethyl sulfate 15.4g (0.1mol), Then, 115 g of PGMEA was added, followed by heating at 100° C. for 6 hours to obtain a polymer (MW: 1,500) including a structural unit represented by the following formula (1a).

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112018042823945-pat00018
Figure 112018042823945-pat00018

가교제Crosslinking agent 합성 synthesis

합성예Synthesis example 1 One

Argon 분위기 하에서 diisobutylaluminum(82.5ml, 1M, 82.5mmol)을 25℃, 40ml hexane에 녹아 있는 3-phenylpropyne(9.55g, 82.2mmol)에 dropping funnel로 적가하였다. 이후 20분간 교반 후, 56℃로 승온하여 4시간 동안 반응하였다. 이후 냉각, 감압 증류하여 용매를 제거한 후, THF 125ml를 천천히 투입하였다. 다음으로 5분 동안 CuCl(9.77g, 98.7mmol)을 투입하여 검은색 결과물을 얻었다. 1시간 동안 교반한 후 hexane과 묽은 염산 혼합액에 투입한 후, 150ml hexane으로 수층을 3배 extraction하였다. 수득한 유기층은 saturated NaHCO3로 씻은 후 Na2SO4로 건조하였다. 유기물 제거 후 황녹색의 product를 확보한 후, 다시 hexane으로 재결정하여 4.4g의 노란색 결정체(화학식2a)를 수득하였다.In an argon atmosphere, diisobutylaluminum (82.5ml, 1M, 82.5mmol) was added dropwise to 3-phenylpropyne (9.55g, 82.2mmol) dissolved in hexane at 25°C by dropping funnel. After stirring for 20 minutes, the temperature was raised to 56° C. and reacted for 4 hours. After cooling and distillation under reduced pressure to remove the solvent, 125 ml of THF was slowly added. Next, CuCl (9.77g, 98.7mmol) was added for 5 minutes to obtain a black result. After stirring for 1 hour, the mixture was added to a mixture of hexane and diluted hydrochloric acid, and the aqueous layer was extracted three times with 150 ml hexane. The obtained organic layer was washed with saturated NaHCO 3 and then dried over Na 2 SO 4. After removing the organic matter, a yellow-green product was obtained, and then recrystallized with hexane to obtain 4.4 g of yellow crystals (Chemical Formula 2a).

[화학식 2a][Formula 2a]

Figure 112018042823945-pat00019
Figure 112018042823945-pat00019

합성예Synthesis example 2 2

3,5-dimethoxybenzaldehyde 26g과 12g의 succinic acid를 acetic aldehyde와 PbO 하에서 반응시킨 후, 190℃ ether 용액 하에서 4배 ethyl magnesium iodide를 적가하여 demethylation한다. 이후 얼음과 ammonium chloride를 추가 투입하여 quenching한 후, diethylether로 추출한다. 다음으로 증류수와 sodium thiosulfate (Na2S2O2)로 씻고 sodium carbonate 수용액으로 extraction한 다음 묽은 염산 용액으로 분리하여 하기 화학식 2b로 표현되는 화합물을 얻었다.After reacting 26 g of 3,5-dimethoxybenzaldehyde and 12 g of succinic acid under acetic aldehyde and PbO, demethylation was performed by dropwise addition of 4-fold ethyl magnesium iodide in an ether solution at 190°C. After quenching by adding ice and ammonium chloride, it is extracted with diethylether. Next, it was washed with distilled water and sodium thiosulfate (Na 2 S 2 O 2 ), extracted with an aqueous sodium carbonate solution, and then separated with a dilute hydrochloric acid solution to obtain a compound represented by the following formula (2b).

[화학식 2b][Formula 2b]

Figure 112018042823945-pat00020
Figure 112018042823945-pat00020

합성예Synthesis example 3 3

합성예 2와 동일하나 starting material을 p-anisaldehyde로 대체하여 하기 화학식 2c로 표현되는 화합물을 얻었다. The same as in Synthesis Example 2, but by replacing the starting material with p-anisaldehyde, a compound represented by the following formula 2c was obtained.

[화학식 2c][Formula 2c]

Figure 112018042823945-pat00021
Figure 112018042823945-pat00021

합성예Synthesis example 4 4

THF에 녹아 있는 ethynyl magnesium bromide(5.5g in 100ml THF)와 4-methylbenzyl chloride 24g을 250ml 컨덴서를 장착한 2-neck round-bottomed flask에서 50℃, 5시간 동안 교반하고 용매 감압 증류 후 추가로 7시간 동안 교반한 다음, 11g scale의 유기층을 수득하였다. 유기층은 이후 thiourea 11g과 물 22ml, ethanol 22ml 투입하고 1시간 동안 100℃ 가열한 다음, 물로 희석하여 diethyl ether로 extraction하여 다시 유기층을 확보하고, 실리카겔을 채운 컬럼으로 분리하여 하기 화학식 2e로 표현되는 화합물을 얻었다.Ethynyl magnesium bromide (5.5 g in 100 ml THF) dissolved in THF and 24 g of 4-methylbenzyl chloride were stirred in a 2-neck round-bottomed flask equipped with a 250 ml condenser at 50° C. for 5 hours, and distilled under reduced pressure of the solvent for an additional 7 hours. After stirring, an organic layer of 11 g scale was obtained. The organic layer was then added to 11 g of thiourea, 22 ml of water, and 22 ml of ethanol, heated at 100° C. for 1 hour, diluted with water and extracted with diethyl ether to obtain an organic layer again, separated by a column filled with silica gel, and a compound represented by the following formula (2e). Got it.

[화학식 2e][Formula 2e]

Figure 112018042823945-pat00022
Figure 112018042823945-pat00022

비교합성예Comparative Synthesis Example 1 One

3-(4-methoxyphenyl)-1-propanol(1g, 6mmol)과 diphenyl disulfide(7.8mmol)를 ice bath 하 THF 20ml에 녹인 후 tributylphosphine 2.1ml를 적가하며 교반한다. 0℃에서 5분간 교반 후 상온에서 18시간 동안 반응시킨 후 benzene에 희석 및 5% NaOH 수용액, 포화 NH4Cl 수용액으로 씻은 다음 용매를 증발시켰다. 이후 실리카 겔을 채운 컬럼을 이용, 3-(4-methoxyphenyl)propyl phenyl sulfide(1.53g)를 수득하였다. 상기 수득된 물질 1.37g(5.34mmol)에 25ml dichloroethane을 넣어 녹인 후 -40℃로 냉각시킨다. 이 용액에 m-chloroperbenzoic acid(1.37g, 5.61mmol)를 추가하여 1시간 동안 교반한다. 반응 종료는 포화 Na2SO3 수용액으로 진행하였고, 유기층은 MgSO4로 건조 후 용매를 제거하였다. 실리카 겔 컬럼으로 purify하여 1.41g의 3-(4-methoxyphenyl)propyl phenyl sulfoxide를 수득하였다. 이 sulfoxide와 25ml chloroform을 섞은 용액 (1.36g, 5mmol)에 N-chlorosuccinimide(5.36mmol)을 추가하여 상온에서 15시간 동안 교반하였다. 침전은 필터로 제거하고 유기물의 용매를 제거한 다음, residue를 컬럼으로 정제한 다음 재결정하여 1-chloro-3-(4-methoxyphenyl)propyl phenyl sulfoxide를 확보하였다. 상기 확보된 물질 62mg(0.2mmol)에 0.4ml THF solution을 첨가하고, isopropyl magnesium chloride(0.5mmol) 0.5ml THF solution과 argon atmosphere, -70℃에서 섞은 후, 10분간 교반하였다. 여기에 N-lithiopiperidine을 천천히 추가한 다음, 천천히 40℃로 승온하여(~1시간) 이후 NH4Cl 포화 수용액으로 quenching시켰다. 전체 용액은 chloroform으로 extraction한 다음, 유기층을 다시 NH4Cl로 씻은 다음 drying하였다. 이후 컬럼으로 purify하여 아래 화학식 2f로 표현되는 화합물을 얻었다.After dissolving 3-(4-methoxyphenyl)-1-propanol (1g, 6mmol) and diphenyl disulfide (7.8mmol) in 20 ml of THF in an ice bath, 2.1 ml of tributylphosphine is added dropwise and stirred. After stirring at 0° C. for 5 minutes, reacting at room temperature for 18 hours, diluted in benzene, washed with 5% NaOH aqueous solution and saturated NH 4 Cl aqueous solution, and the solvent was evaporated. Then, using a column filled with silica gel, 3-(4-methoxyphenyl)propyl phenyl sulfide (1.53g) was obtained. 1.37g (5.34mmol) of the obtained material was dissolved in 25ml dichloroethane, and then cooled to -40℃. To this solution, m-chloroperbenzoic acid (1.37g, 5.61mmol) was added and stirred for 1 hour. The reaction was completed with a saturated Na 2 SO 3 aqueous solution, and the organic layer was dried over MgSO 4 and the solvent was removed. Purified with a silica gel column to obtain 1.41 g of 3-(4-methoxyphenyl)propyl phenyl sulfoxide. N-chlorosuccinimide (5.36 mmol) was added to a solution of this sulfoxide and 25 ml chloroform (1.36 g, 5 mmol), followed by stirring at room temperature for 15 hours. Precipitation was removed with a filter, the solvent of organic matter was removed, the residue was purified with a column, and then recrystallized to obtain 1-chloro-3-(4-methoxyphenyl)propyl phenyl sulfoxide. 0.4ml THF solution was added to 62mg (0.2mmol) of the obtained material, and 0.5ml THF solution of isopropyl magnesium chloride (0.5mmol) was mixed with argon atmosphere at -70°C, followed by stirring for 10 minutes. N-lithiopiperidine was slowly added thereto, and then the temperature was slowly raised to 40° C. (~1 hour), followed by quenching with a saturated aqueous solution of NH 4 Cl. The entire solution was extracted with chloroform, and the organic layer was washed again with NH 4 Cl and dried. After purifying with a column to obtain a compound represented by the following formula (2f).

[화학식 2f][Formula 2f]

Figure 112018042823945-pat00023
Figure 112018042823945-pat00023

하드마스크Hard mask 조성물의 제조 Preparation of the composition

실시예Example 1 One

중합예 1에서 얻어진 중합체와 합성예 1에서 얻어진 가교제를 60:40 비율(중량비)로 블렌딩한 후 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 100 중량%에 용해시켜 하드마스크 조성물을 제조하였다. 상기 중합체 및 가교제의 총 함량은 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 100 중량%에 대하여 10 중량%로 하였다.The polymer obtained in Polymerization Example 1 and the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1 were blended at a ratio of 60:40 (weight ratio), and then dissolved in 100% by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to prepare a hardmask composition. The total content of the polymer and the crosslinking agent was 10% by weight based on 100% by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA).

실시예Example 2 2

합성예 1에서 얻어진 가교제 대신에 합성예 2에서 얻어진 가교제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1.

실시예Example 3 3

합성예 1에서 얻어진 가교제 대신에 합성예 3에서 얻어진 가교제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 3 was used instead of the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1.

실시예Example 4 4

합성예 1에서 얻어진 가교제 대신에 합성예 4에서 얻어진 가교제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 4 was used instead of the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1.

비교예Comparative example 1 One

합성예 1에서 얻어진 가교제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1 was not used.

비교예Comparative example 2 2

합성예 1에서 얻어진 가교제 대신에 하기 화학식 A로 표현되는 가교제 (PD1174, TCI社)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that a crosslinking agent represented by the following Formula A (PD1174, TCI) was used instead of the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1.

[화학식 A][Formula A]

Figure 112018042823945-pat00024
Figure 112018042823945-pat00024

비교예Comparative example 3 3

합성예 1에서 얻어진 가교제 대신에 비교합성예 1에서 얻어진 가교제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the crosslinking agent obtained in Comparative Synthesis Example 1 was used instead of the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1.

비교예Comparative example 4 4

합성예 1에서 얻어진 가교제 대신에 하기 화학식 2g로 표현되는 2,4-hexadiene(>90%, isomer mixture, Sigma Aldrich社)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 하드마스크 조성물을 제조하였다.A hardmask composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2,4-hexadiene (>90%, isomer mixture, Sigma Aldrich) represented by the following formula 2g was used instead of the crosslinking agent obtained in Synthesis Example 1. .

[화학식 2g][Chemical Formula 2g]

Figure 112018042823945-pat00025
Figure 112018042823945-pat00025

평가 1: Evaluation 1: 내식각성Corrosion resistance

실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물을 스핀-온 코팅한 후 핫플레이트 위에서 240℃에서 30분간 열처리하여 두께 4,000Å의 박막을 형성하였다.After spin-on coating the hardmask compositions according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 on a silicon wafer, heat treatment was performed on a hot plate at 240° C. for 30 minutes to form a thin film having a thickness of 4,000 Å.

이어서 상기 박막에 CF4 가스(100mT/600W/42CF4/600Ar/15O2) 및 N2/O2 혼합 가스(50mT/300W/10O2/50N2)를 사용하여 각각 120초 및 60초 동안 건식 식각한 후 박막의 두께를 다시 측정하였다. Then, the thin film was dry for 120 seconds and 60 seconds using CF 4 gas (100mT/600W/42CF 4 /600Ar/15O 2 ) and N 2 /O 2 mixed gas (50mT/300W/10O 2 /50N 2 ), respectively. After etching, the thickness of the thin film was measured again.

건식 식각 전후의 박막의 두께와 식각 시간으로부터 하기 계산식 1에 의해 식각율(bulk etch rate, BER)을 계산하였다. From the thickness and etching time of the thin film before and after dry etching, the etch rate (bulk etch rate, BER) was calculated according to Equation 1 below.

[계산식 1][Calculation 1]

(초기 박막 두께 - 식각 후 박막 두께)/식각 시간(Å/sec)(Initial thin film thickness-thin film thickness after etching)/etching time (Å/sec)

그 결과는 표 1과 같다.The results are shown in Table 1.

CF4 bulk etch rate
(Å/sec)
CF 4 bulk etch rate
(Å/sec)
N2/O2 bulk etch rate
(Å/sec)
N 2 /O 2 bulk etch rate
(Å/sec)
실시예 1Example 1 28.528.5 26.026.0 실시예 2Example 2 28.028.0 25.425.4 실시예 3Example 3 28.228.2 25.525.5 실시예 4Example 4 28.228.2 25.425.4 비교예 1Comparative Example 1 27.527.5 25.025.0 비교예 2Comparative Example 2 31.531.5 28.028.0 비교예 3Comparative Example 3 29.729.7 27.527.5 비교예 4Comparative Example 4 32.332.3 28.328.3

상기 표 1을 참고하면, 소정 구조를 가지는 가교제를 첨가한 실시예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 2 내지 4에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 CF4 가스 및 N2/O2 혼합 가스 모두에 대해 내식각성이 상대적으로 우수함을 알 수 있다. 또한 중합체 단독(비교예 1)에 비하여 내식각성 값이 크게 변화하지 않는 것으로 보아 가교제가 포함되어 있음에도 불구하고 aromaticity가 잘 유지되어 내식각성 값이 양호한 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, the thin film formed from the hardmask composition according to Examples 1 to 4 to which a crosslinking agent having a predetermined structure was added is compared with the thin film formed from the hardmask composition according to Comparative Examples 2 to 4, and CF 4 gas and N It can be seen that the corrosion resistance is relatively excellent for all 2 /O 2 mixed gases. In addition, as compared to the polymer alone (Comparative Example 1), the etch resistance value did not change significantly, so even though the crosslinking agent was included, the aromaticity was well maintained, so that the etch resistance value was good.

평가 2: 평탄화 특성 및 갭-필 특성Evaluation 2: planarization properties and gap-fill properties

실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물에 하기 화학식 B로 표현되는 열산 발생제를 0.1mol 당량 첨가하였다.On the silicon wafer, 0.1 mol equivalent of a thermal acid generator represented by the following Formula B was added to the hardmask compositions according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4.

[화학식 B][Formula B]

Figure 112018042823945-pat00026
Figure 112018042823945-pat00026

이렇게 제조된 조성물을 실리콘 패턴 웨이퍼 (너비 20nm, 깊이 200nm, line& space type 패턴) 위에 도포하고 240℃에서 120초 간 베이크하여 두께 2,000Å의 박막을 형성하였다. 그 후 FE-SEM 장비를 이용하여 단차 및 갭-필 특성을 관찰하였다. The prepared composition was applied on a silicon pattern wafer (width 20 nm, depth 200 nm, line & space type pattern) and baked at 240° C. for 120 seconds to form a thin film having a thickness of 2,000 Å. After that, the step and gap-fill characteristics were observed using the FE-SEM equipment.

갭-필 특성은 패턴의 단면을 FE-SEM 설비(Hitachi, S-4800)로 관찰하여 보이드(Void) 발생 유무로 판별하였고, 평탄화 특성(단차 측정)은 도 2에 도시된 바와 같이 패턴 덴스(dense) 부분과 이소(iso) 부분의 상부 막 두께의 차이(lH0 - H1l)를 FE-SEM으로 단면 관찰하여 확인하였다.The gap-fill characteristic was determined by the presence or absence of voids by observing the cross section of the pattern with an FE-SEM facility (Hitachi, S-4800), and the planarization characteristic (step measurement) was as shown in FIG. The difference (lH 0 -H 1 l) of the upper film thickness of the dense) portion and the iso portion was observed by cross-sectional observation with FE-SEM.

그 결과를 표 2에 나타낸다.The results are shown in Table 2.

  -필 특성(Void 유무)Gap - Fill characteristics (with or without void) 평탄화 특성(단차, nm)Planarization characteristics (step difference, nm) 실시예 1Example 1 void 없음no void 2828 실시예 2Example 2 void 없음no void 3131 실시예 3Example 3 void 없음no void 2727 실시예 4Example 4 void 없음no void 3030 비교예 1Comparative Example 1 VoidVoid 7777 비교예 2Comparative Example 2 void 없음no void 6565 비교예 3Comparative Example 3 void 없음no void 5858 비교예 4Comparative Example 4 void 없음no void 4040

표 2를 참고하면, 소정 구조를 가지는 가교제를 첨가한 실시예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막은 비교예 1 내지 4에 따른 하드마스크 조성물로부터 형성된 박막과 비교하여 평탄화 특성 및 갭-필 특성을 동시에 확보 가능함을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, the thin film formed from the hardmask composition according to Examples 1 to 4 to which a crosslinking agent having a predetermined structure was added is compared with the thin film formed from the hardmask composition according to Comparative Examples 1 to 4, and the planarization characteristics and gap-fill. It can be seen that characteristics can be secured at the same time.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It is within the scope of the invention's rights.

Claims (13)

하기 화학식 1로 표현되는 구조단위를 포함하는 중합체,
하기 화학식 2로 표현되는 가교제, 그리고
용매
를 포함하는
유기막 조성물:
[화학식 1]
Figure 112018042823945-pat00027

상기 화학식 1에서,
A1은 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 적어도 하나 포함하는 2가의 고리기이고,
B1은 2가의 유기기이고,
*은 연결지점이다;
[화학식 2]
Figure 112018042823945-pat00028

상기 화학식 2에서,
L은 이중결합을 2개 포함하거나 삼중결합을 2개 포함하는 2가의 유기기이고,
X 및 Y는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이고,
a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
A polymer comprising a structural unit represented by the following formula (1),
A crosslinking agent represented by the following formula (2), and
menstruum
Including
Organic film composition:
[Formula 1]
Figure 112018042823945-pat00027

In Formula 1,
A 1 is a divalent cyclic group containing at least one substituted or unsubstituted benzene ring,
B 1 is a divalent organic group,
* Is the point of connection;
[Formula 2]
Figure 112018042823945-pat00028

In Chemical Formula 2,
L is a divalent organic group containing two double bonds or two triple bonds,
X and Y are each independently a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,
a and b are each independently an integer of 0 to 4.
제1항에서,
상기 가교제는 하기 화학식 3 또는 4로 표현되는 유기막 조성물:
[화학식 3]
Figure 112018042823945-pat00029

[화학식 4]
Figure 112018042823945-pat00030

상기 화학식 3 및 4에서,
X 및 Y는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이고,
a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
c 내지 f는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다.
In claim 1,
The crosslinking agent is an organic film composition represented by the following Chemical Formula 3 or 4:
[Formula 3]
Figure 112018042823945-pat00029

[Formula 4]
Figure 112018042823945-pat00030

In Chemical Formulas 3 and 4,
X and Y are each independently a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a combination thereof,
a and b are each independently an integer of 0 to 4,
c to f are each independently an integer of 0 to 5.
제2항에서,
상기 화학식 3 및 4에서 a 및 b의 합은 1 이상인 유기막 조성물.
In paragraph 2,
In Formulas 3 and 4, the sum of a and b is 1 or more.
제2항에서,
상기 화학식 3 및 4에서 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수인 유기막 조성물.
In paragraph 2,
In Formulas 3 and 4, a and b are each independently an integer of 1 to 4 organic film compositions.
제2항에서,
상기 화학식 3에서 c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, 상기 화학식 4에서 e 및 f는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수인 유기막 조성물.
In paragraph 2,
In Chemical Formula 3, c and d are each independently an integer of 1 to 4, and e and f in Chemical Formula 4 are each independently an integer of 1 to 4. An organic film composition.
제1항에서,
상기 화학식 1에서 A1은 그 구조 내에 적어도 2개의 고리를 포함하는 2가의 고리기인 유기막 조성물.
In claim 1,
In Chemical Formula 1, A 1 is a divalent cyclic group containing at least two rings in its structure.
제1항에서,
상기 화학식 1에서 A1은 하기 그룹 1 및 2에 나열된 화합물들 중 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기로서, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 것인 유기막 조성물:
[그룹 1]
Figure 112018042823945-pat00031

[그룹 2]
Figure 112018042823945-pat00032

상기 그룹 1에서,
M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이고,
상기 그룹 2에서,
R0 및 R1은 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C30 알콕시기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기, 또는 이들의 조합이다.
In claim 1,
In Formula 1, A 1 is a divalent cyclic group derived from any one of the compounds listed in the following groups 1 and 2, and the divalent cyclic group is an organic film composition wherein at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted:
[Group 1]
Figure 112018042823945-pat00031

[Group 2]
Figure 112018042823945-pat00032

In group 1 above,
M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl,
In group 2 above,
R 0 and R 1 are each independently hydrogen, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a C1 to C30 alkoxy group, a halogen atom, a halogen-containing group, or a It is a combination.
제1항에서,
상기 화학식 1에서 B1은 하기 화학식 4로 표현되는 유기막 조성물:
[화학식 4]
Figure 112018042823945-pat00033

상기 화학식 4에서,
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 2인 정수이고,
Z은 하기 그룹 3에서 선택되는 어느 하나로부터 유도된 2가의 고리기이고, 상기 2가의 고리기는 적어도 하나의 수소원자가 치환되거나 또는 비치환된 기이고,
*는 연결지점이다:
[그룹 3]
Figure 112018042823945-pat00034

상기 그룹 3에서,
M은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5 알킬렌기, -O-, -S-, -SO2-, 또는 카르보닐이다.
In claim 1,
In Formula 1, B 1 is an organic film composition represented by the following Formula 4:
[Formula 4]
Figure 112018042823945-pat00033

In Chemical Formula 4,
m and n are each independently an integer of 0 to 2,
Z is a divalent cyclic group derived from any one selected from the following group 3, and the divalent cyclic group is a group in which at least one hydrogen atom is substituted or unsubstituted,
* Is the point of connection:
[Group 3]
Figure 112018042823945-pat00034

In group 3 above,
M is a substituted or unsubstituted C1 to C5 alkylene group, -O-, -S-, -SO 2 -, or carbonyl.
제1항에서,
상기 중합체 및 가교제는 40:60 내지 80:20 중량비의 함량으로 포함되는 유기막 조성물.
In claim 1,
The organic film composition containing the polymer and the crosslinking agent in an amount of 40:60 to 80:20 by weight.
제1항에서,
열산 발생제를 더 포함하는 유기막 조성물.
In claim 1,
An organic film composition further comprising a thermal acid generator.
기판 위에 재료 층을 제공하는 단계,
상기 재료 층 위에 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 유기막 조성물을 적용하는 단계,
상기 유기막 조성물을 열처리하여 하드마스크 층을 형성하는 단계,
상기 하드마스크 층 위에 실리콘 함유 박막층을 형성하는 단계,
상기 실리콘 함유 박막층 위에 포토레지스트 층을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 층을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계,
상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘 함유 박막층 및 상기 하드마스크 층을 선택적으로 제거하고 상기 재료 층의 일부를 노출하는 단계, 그리고
상기 재료 층의 노출된 부분을 식각하는 단계
를 포함하는
패턴 형성 방법.
Providing a layer of material over the substrate,
Applying the organic film composition according to any one of claims 1 to 10 on the material layer,
Forming a hard mask layer by heat-treating the organic film composition,
Forming a silicon-containing thin film layer on the hardmask layer,
Forming a photoresist layer on the silicon-containing thin film layer,
Exposing and developing the photoresist layer to form a photoresist pattern,
Selectively removing the silicon-containing thin film layer and the hardmask layer using the photoresist pattern and exposing a portion of the material layer, and
Etching the exposed portion of the material layer
Including
How to form a pattern.
제11항에서,
상기 유기막 조성물을 적용하는 단계는 스핀-온 코팅 방법으로 수행하는 패턴 형성 방법.
In clause 11,
The step of applying the organic film composition is a pattern forming method performed by a spin-on coating method.
제11항에서,
상기 포토레지스트 층을 형성하는 단계 전에 바닥 반사 방지 층(BARC)을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
In clause 11,
Forming a bottom anti-reflective layer (BARC) prior to forming the photoresist layer.
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