KR20130078428A - Resist underlayer composition and process for producing integrated circuit device using same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A composition for a resist underlayer film is provided to be able to form a resist underlayer film with an elaborate structure as the etching ability to CFx plasma, coating performance and storage stability are excellent, and the hardness is also good. CONSTITUTION: A composition for a resist underlayer film comprises organic silane polycondensate manufactured by condensation polymerization of hydrolysates produced from compounds of Chemical formula 1: [R^1O]3Si-X, Chemical formula 2: [R^2O]3Si-R^3, and Chemical formula 3: B[OR^4]3; and solvent. In Chemical formula 1, R^1 is substituted or non-substituted C1-6 alkyl, X is substituted or non-substituted C6-30 aryl. In Chemical 2, R^2 is substituted or non-substituted C1-6 alkyl, R^3 is substituted or non-substituted C1-12 alkyl. In Chemical 3, R^4 is substituted or non-substituted C1-6 alkyl. [Reference numerals] (AA) Example 1

Description

레지스트 하층막용 조성물 및 이를 이용한 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법{RESIST UNDERLAYER COMPOSITION AND PROCESS FOR PRODUCING INTEGRATED CIRCUIT DEVICE USING SAME}RESIST UNDERLAYER COMPOSITION AND PROCESS FOR PRODUCING INTEGRATED CIRCUIT DEVICE USING SAME}

본 기재는 레지스트 하층막용 조성물 및 이를 이용한 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.  
The present invention relates to a composition for a resist underlayer film and a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device using the same.

반도체 미세회로에 쓰이는 선폭이 줄어들면서, 패턴의 가로세로비(aspect ratio) 때문에 포토레지스트(photoresist)의 두께는 얇아져야만 한다.  그러나, 포토레지스트의 두께가 지나치게 얇아질 경우, 패턴 전사 공정(에칭 공정)에서 마스크로서의 역할을 하기 어렵다.  즉, 에칭하는 동안 포토레지스트가 모두 소모되어 원하는 깊이로 기질(substrate)을 에칭할 수 없게 된다. As line widths used in semiconductor microcircuits decrease, the thickness of the photoresist must be thinner due to the aspect ratio of the pattern. However, when the thickness of the photoresist becomes too thin, it is difficult to serve as a mask in the pattern transfer process (etching process). That is, during the etching all of the photoresist is consumed, making it impossible to etch the substrate to the desired depth.

포토레지스트/(유기 반사방지막)/실리콘 하층막/카본 하층막/하부 기판의 적층구조에서 포토레지스트를 마스크로 하고 CFx 플라즈마를 이용하여 드라이 에치를 할 경우, 실리콘 하층막은 카본 계열로 구성된 상부 막질과는 현저히 다른 에치 특성을 나타낸다.  또한, 포토레지스트의 얇은 두께를 보상해주기 위해서는 레지스트 하부에 사용되는 실리콘계 하드마스크의 CFx 플라즈마에 대한 에칭 특성을 높여야 한다.  이는 수지 설계 단계에서 높은 Si-O 네트워크 구조를 형성할 수 있는 실리콘 모노머를 사용함으로써 가능한데, 이 경우 수지 합성의 어려움이 있고, 또한 제품화하였을 때 코팅성 및 보관안정성 등이 저하되는 문제가 있다.  
In the stacked structure of photoresist / (organic antireflective film) / silicon underlayer film / carbon underlayer film / lower substrate, dry etching is performed by using a photoresist as a mask and CFx plasma. Indicates significantly different etch characteristics. In addition, in order to compensate for the thin thickness of the photoresist, the etching characteristics of the CFx plasma of the silicon-based hard mask used under the resist should be improved. This is possible by using a silicon monomer capable of forming a high Si-O network structure in the resin design step, in which case there is a difficulty in synthesizing the resin, and when the product is commercialized, there is a problem in that coating property and storage stability are lowered.

본 발명의 일 구현예는 CFx 플라즈마에 대한 에칭성이 우수할 뿐만 아니라 코팅성 및 보관안정성이 우수하고, 우수한 경화도를 나타내어 치밀한 구조의 하층막을 형성할 수 있는 레지스트 하층막용 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a resist underlayer film composition which is not only excellent in etchability to CFx plasma but also excellent in coating property and storage stability, and exhibits excellent curing degree, thereby forming a dense underlayer film.

본 발명의 다른 구현예는 상기 레지스트 하층막용 조성물을 이용한 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법 및 이로부터 제조된 반도체 집적회로 디바이스를 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device using the composition for resist underlayer film, and a semiconductor integrated circuit device manufactured therefrom.

본 발명의 일 구현예는 하기 화학식 1 내지 3의 화합물로부터 생성되는 가수분해물들의 축중합에 의해 제조되는 유기실란계 축중합물, 및 용매를 포함하는 레지스트 하층막용 조성물이 제공된다.One embodiment of the present invention provides a composition for a resist underlayer film comprising an organosilane-based condensation product prepared by condensation polymerization of hydrolyzates produced from the compounds of Formulas 1 to 3, and a solvent.

[화학식 1][Formula 1]

[R1O]3Si-X[R 1 O] 3 Si-X

(상기 화학식 1에서,(In the formula 1,

R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, X는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기이다.)R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, and X is a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group.)

[화학식 2][Formula 2]

[R2O]3Si-R3 [R 2 O] 3 Si-R 3

(상기 화학식 2에서,(In the formula (2)

R2는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, R3는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12의 알킬기이다.)R 2 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, and R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C12 alkyl group.)

[화학식 3](3)

B[OR4]3 B [OR 4 ] 3

(상기 화학식 3에서,(3)

R4는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이다.)R 4 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group.)

상기 화학식 1 내지 3의 화합물로부터 생성되는 가수분해물은 각각 하기 화학식 4 내지 6의 화합물일 수 있다:The hydrolyzate produced from the compounds of Formulas 1 to 3 may be compounds of Formulas 4 to 6, respectively:

[화학식 4][Formula 4]

[HO]a[R1O](3-a)Si-X[HO] a [R 1 O] (3-a) Si-X

(상기 화학식 4에서, R1 및 X는 앞서 정의한 바와 같고, a는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)(In Formula 4, R 1 and X are as defined above, a is a number greater than 0 and in the range of 3.)

[화학식 5][Chemical Formula 5]

[HO]b[R2O](3-b)Si-R3 [HO] b [R 2 O] (3-b) Si-R 3

(상기 화학식 5에서, R2 및 R3은 앞서 정의한 바와 같고, b는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)(In Formula 5, R 2 and R 3 are as defined above, b is a number greater than 0 and in the range of 3.)

[화학식 6][Formula 6]

B[OH]c[OR4](3-c) B [OH] c [OR 4 ] (3-c)

(상기 화학식 6에서, R4는 앞서 정의한 바와 같고, c는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)(In Formula 6, R 4 is as defined above, c is a number greater than 0 and in the range of 3.)

상기 유기실란계 축중합물의 제조 시, 상기 화학식 1 내지 3의 화합물 총량 100 중량부에 대하여, 상기 화학식 1의 화합물은 5 내지 90 중량부, 상기 화학식 2의 화합물은 5 내지 90 중량부, 및 상기 화학식 3의 화합물은 5 내지 90중량부의 양으로 사용될 수 있다.In the preparation of the organosilane condensation polymer, based on 100 parts by weight of the total amount of the compounds of Formulas 1 to 3, 5 to 90 parts by weight of the compound of Formula 1, 5 to 90 parts by weight of the compound of Formula 2, and The compound of formula 3 may be used in an amount of 5 to 90 parts by weight.

상기 유기실란계 축중합물은 하기 화학식 7의 화합물로부터 생성되는 가수분해물로부터 유도된 반복단위를 더 포함할 수 있다.The organosilane condensation polymer may further include a repeating unit derived from a hydrolyzate produced from the compound represented by the following Formula 7.

[화학식 7][Formula 7]

[R5O]3Si-Y-Si[OR6]3 [R 5 O] 3 Si-Y-Si [OR 6 ] 3

(상기 화학식 7에서,(In the above formula (7)

R5 및 R6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, Y는 C6 내지 C30의 아릴렌기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 치환 또는 비치환된 알킬렌기, 주쇄에 방향족 고리, 헤테로 고리, 우레아(urea)기 또는 이소시아누레이트(isocyanurate)기가 포함되어 있는 C1 내지 C20의 알킬렌기, 및 다중결합을 포함하는 C2 내지 C20의 탄화수소기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)R 5 and R 6 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, Y is a C6 to C30 arylene group, C1 to C20 straight or branched substituted or unsubstituted alkylene group, an aromatic ring in the main chain , C1 to C20 alkylene group containing a hetero ring, urea or isocyanurate group, and C2 to C20 hydrocarbon group containing a multiple bond.

상기 화학식 7의 화합물로부터 생성되는 가수분해물은 하기 화학식 8의 화합물일 수 있다.The hydrolyzate produced from the compound of Formula 7 may be a compound of Formula 8 below.

[화학식 8][Formula 8]

[HO]d[R5O](3-d)Si-Y-Si[OH]e[OR6](3-e) [HO] d [R 5 O] (3-d) Si-Y-Si [OH] e [OR 6 ] (3-e)

(상기 화학식 8에서,(In the formula (8)

R5, R6, 및 Y는 앞서 정의한 바와 같으며, d와 e는 각각 독립적으로 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)R 5 , R 6 , and Y are as defined above, and d and e are each independently a number greater than 0 and in the range of 3.)

상기 화학식 7의 화합물을 추가로 사용하여 유기실란계 축중합물을 제조하는 경우, 상기 화학식 7의 화합물은 상기 화학식 1 내지 3의 화합물 총량 100 중량부에 대하여 5 내지 400 중량부로 사용될 수 있다. When the organosilane-based condensation polymer is further prepared using the compound of Formula 7, the compound of Formula 7 may be used in an amount of 5 to 400 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the compounds of Formulas 1 to 3.

상기 가수분해물들은 유기실란계 축중합물 제조를 위한 화합물, 즉 화학식 1 내지 3의 화합물을 질산, 황산, 염산, 불산, 브롬산, 요오드산, p-톨루엔 술폰산 수화물, 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트, 디에틸설페이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산 촉매 하에서 가수분해하여 제조된 것일 수 있다.The hydrolyzate may be a compound for preparing an organosilane condensation product, that is, a compound of Formulas 1 to 3 is substituted with nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodide, p-toluene sulfonic acid hydrate, 2,4,4,6- It may be prepared by hydrolysis under an acid catalyst selected from the group consisting of tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, diethyl sulfate and combinations thereof.

상기 유기실란계 축중합물 제조를 위한 화합물은 상기 화학식 7의 화합물을 더 포함할 수 있다.The compound for preparing the organosilane condensation polymer may further include the compound of Formula 7.

상기 산 촉매는 화학식 1 내지 3의 화합물 총량 100 중량부에 대하여 0.001 내지 10 중량부의 양으로 사용될 수 있다. The acid catalyst may be used in an amount of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the compounds of Formulas 1 to 3.

상기 가수분해는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 디에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트, 에틸 락테이트, δ-부티로락톤, 디메틸에테르, 디부틸에테르, 메탄올, 에탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 반응용매 중에서 실시될 수 있다.The hydrolysis is acetone, tetrahydrofuran, benzene, toluene, diethyl ether, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol propyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene It may be carried out in a reaction solvent selected from the group consisting of glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, ethyl lactate, δ-butyrolactone, dimethyl ether, dibutyl ether, methanol, ethanol and combinations thereof.

상기 유기실란계 축중합물의 중량 평균 분자량(Mw)은 2,000 내지 50,000의 범위에 있다.The weight average molecular weight (Mw) of the organosilane condensation polymer is in the range of 2,000 to 50,000.

상기 유기실란계 축중합물은 레지스트 하층막용 조성물 총량 100 중량부에 대하여 0.1 내지 50 중량부의 양으로 포함될 수 있다. The organosilane-based condensation polymer may be included in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the composition for a resist underlayer film.

상기 용매는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 디에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트, 에틸 락테이트, δ-부티로락톤, 디메틸에테르, 디부틸에테르, 메탄올, 에탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The solvent is acetone, tetrahydrofuran, benzene, toluene, diethyl ether, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol propyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol Ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, ethyl lactate, δ-butyrolactone, dimethylether, dibutylether, methanol, ethanol and combinations thereof.

상기 레지스트 하층막용 조성물은 가교제, 라디칼 안정제, 계면활성제, pH조절제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.The resist underlayer film composition may further include an additive selected from the group consisting of a crosslinking agent, a radical stabilizer, a surfactant, a pH adjuster, and a combination thereof.

상기 레지스트 하층막용 조성물은 피리디늄 p-톨루엔술포네이트, 아미도설포베타인-16, 암모늄(-)-캠퍼-10-술폰산염, 암모늄포메이트, 알킬암모늄포메이트, 피리디늄포메이트, 알킬암모늄나이트레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.The composition for the resist underlayer film is pyridinium p-toluenesulfonate, amidosulfobetaine-16, ammonium (-)-camphor-10-sulfonate salt, ammonium formate, alkylammonium formate, pyridinium formate, alkylammonium nitrite The additive may further include an additive selected from the group consisting of a rate and a combination thereof.

본 발명의 다른 구현예는, (a) 기판 상에 재료층을 제공하는 단계; (b) 상기 재료층 위에 유기물로 이루어진 제 1 레지스트 하층막을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 레지스트 하층막 위에 상기 레지스트 하층막용 조성물을 스핀-온-코팅하여 제 2 레지스트 하층막을 형성하는 단계; (d) 상기 제 2 레지스트 하층막 위에 방사선-민감성 이미지화 층을 형성하는 단계; (e) 상기 방사선-민감성 이미지화 층을 패턴 방식으로 방사선에 노출시킴으로써 상기 방사선-민감성 이미지화 층 내에서 방사선-노출된 영역의 패턴을 생기시키는 단계; (f) 상기 방사선-민감성 이미지화 층 및 상기 제 2 레지스트 하층막의 부분을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 레지스트 하층막의 부분을 노출시키는 단계; (g) 패턴화된 제 2 레지스트 하층막 및 상기 제 1 레지스트 하층막의 부분을 선택적으로 제거하여 재료층의 부분을 노출시키는 단계; 및 (h) 제 1 레지스트 하층막을 마스크로 하여 재료층의 노출된 부분을 에칭함으로써 패턴화된 재료 형상을 형성시키는 단계를 포함하는 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the invention comprises the steps of: (a) providing a layer of material on a substrate; (b) forming a first resist underlayer film made of an organic material on the material layer; (c) spin-on-coating the composition for resist underlayer film on the first resist underlayer film to form a second resist underlayer film; (d) forming a radiation-sensitive imaging layer over the second resist underlayer film; (e) exposing the radiation-sensitive imaging layer to radiation in a patterned manner to produce a pattern of radiation-exposed areas within the radiation-sensitive imaging layer; (f) selectively removing portions of the radiation-sensitive imaging layer and the second resist underlayer film to expose portions of the first resist underlayer film; (g) selectively removing portions of the patterned second resist underlayer film and the first resist underlayer film to expose portions of the material layer; And (h) forming a patterned material shape by etching the exposed portion of the material layer using the first resist underlayer film as a mask.

상기 (c) 제 2 레지스트 하층막 형성 단계는, 레지스트 하층막용 조성물을 스핀-온-코팅한 후 100 내지 400 ℃에서 열처리하여 실시될 수 있다.The forming of the second resist underlayer film (c) may be performed by spin-on-coating the composition for the resist underlayer film and then performing heat treatment at 100 to 400 ° C.

또한, 상기 제조방법은 상기 (c) 제 2 레지스트 하층막 형성 단계 후 형성된 제 2 레지스트 하층막 위에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an anti-reflection film on the second resist underlayer film formed after the step (c) forming the second resist underlayer film.

본 발명의 다른 구현예는, 상기 제조방법에 의해 형성되는 반도체 집적회로 디바이스를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a semiconductor integrated circuit device formed by the manufacturing method.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.  
Other details of the embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

상기 레지스트 하층막용 조성물은, CFx 플라즈마에 대한 에칭성이 우수할 뿐만 아니라 코팅성 및 보관안정성이 우수하며, 우수한 경화도를 나타내어 치밀한 구조의 레지스트 하층막을 형성할 수 있다.  이로써, 상기 레지스트 하층막용 조성물은 포토 공정의 보조 재료로서 사용 가능할 뿐만 아니라, 에칭 선택비를 이용하여 하층막의 제조 및 미세 패턴이 형성된 반도체 집적회로 디바이스의 제조에 유용하다.  구체적으로 수십 나노미터 크기의 라인 앤드 스페이스 또는 컨택트 홀 패턴 형성 공정에 사용될 수 있다.
The resist underlayer film composition is not only excellent in etching resistance to CF x plasma but also excellent in coating property and storage stability, and exhibits excellent degree of curing, thereby forming a resist underlayer film having a dense structure. Thereby, the composition for resist underlayer film can be used not only as an auxiliary material for the photo process, but also useful for the manufacture of the underlayer film using the etching selectivity and the manufacture of the semiconductor integrated circuit device in which the fine pattern is formed. Specifically, it may be used in a line and space or contact hole pattern forming process of several tens of nanometers.

도 1은 실시예 1에서 제조된 필름에 대한 적외선 분광 스펙트럼이다.
도 2는 비교예 1에서 제조된 필름에 대한 적외선 분광 스펙트럼이다.
1 is an infrared spectral spectrum for the film prepared in Example 1. FIG.
2 is an infrared spectral spectrum of the film prepared in Comparative Example 1. FIG.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.  다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구 범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited, and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, C1 내지 C6 알킬기 또는 C6 내지 C12 아릴기로 치환된 것을 의미한다.  As used herein, unless otherwise defined, the term "substituted" means substituted with a C1 to C6 alkyl group or a C6 to C12 aryl group.

본 명세서에서, "알킬기"는 C1 내지 C10 알킬기를 의미하고, "다중결합을 포함하는 C2 내지 C20의 탄화수소기"는 이중결합 또는 삼중결합을 포함하는 다중결합을 포함하는 탄화수소기로서, C2 내지 C20의 알케닐렌기, C2 내지 C20의 알키닐렌기, C3 내지 C20의 사이클로알케닐렌기, C3 내지 C20의 사이클로알키닐렌기 등을 의미한다.In the present specification, "alkyl group" means a C1 to C10 alkyl group, "C2 to C20 hydrocarbon group including a multiple bond" is a hydrocarbon group including a multiple bond including a double bond or a triple bond, C2 to C20 An alkenylene group, a C2 to C20 alkynylene group, a C3 to C20 cycloalkenylene group, a C3 to C20 cycloalkynylene group, and the like.

본 발명의 일 구현예는 하기 화학식 1 내지 3의 화합물로부터 생성되는 가수분해물들의 축중합에 의해 제조되는 유기실란계 축중합물, 및 용매를 포함하는 레지스트 하층막용 조성물을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a composition for a resist underlayer film comprising an organosilane-based condensation product prepared by condensation polymerization of hydrolyzates produced from the compounds of Formulas 1 to 3, and a solvent.

[화학식 1][Formula 1]

[R1O]3Si-X[R 1 O] 3 Si-X

(상기 화학식 1에서,(In the formula 1,

R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, X는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기이다.)R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, and X is a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group.)

[화학식 2][Formula 2]

[R2O]3Si-R3 [R 2 O] 3 Si-R 3

(상기 화학식 2에서,(In the formula (2)

R2는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, R3는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12의 알킬기이다.)R 2 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, and R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C12 alkyl group.)

[화학식 3](3)

B[OR4]3 B [OR 4 ] 3

(상기 화학식 3에서,(3)

R4는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이다.)R 4 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group.)

상기 알킬기는 선형 또는 분지된 알킬기일 수 있다.The alkyl group can be a linear or branched alkyl group.

본 발명의 일 구현예에 따른 유기실란계 축중합물은, 상기 화학식 1 내지 3의 화합물 총량을 100 중량부라 할 때 화학식 1의 화합물을 5 내지 90 중량부, 화학식 2의 화합물 5 내지 90 중량부 및 화학식 3의 화합물 5 내지 90 중량부를 산 촉매 하에서 가수분해한 후, 그 결과로 생성된 가수분해물을 축중합 반응시켜 제조되는 유기실란계 축중합물일 수 있다.The organosilane condensation polymer according to an embodiment of the present invention, when the total amount of the compound of Formula 1 to 3 is 100 parts by weight of 5 to 90 parts by weight of the compound of Formula 1, 5 to 90 parts by weight of the compound of Formula 2 and 5 to 90 parts by weight of the compound of Formula 3 may be an organosilane condensation product prepared by hydrolysis under an acid catalyst and then condensation polymerization of the resulting hydrolyzate.

상기 화학식 1의 화합물을 상기 범위로 사용할 경우, 방향족 고리가  DUV(deep UV) 영역에서 흡수 스펙트럼을 나타내는 점을 활용하여 반사방지 특성이 높고, 높은 Si 함량으로 인해 충분한 에칭 선택비를 가지는 하층막을 제공할 수 있다.  또한, 방향족 고리의 함량을 조절하여 특정 파장에서 원하는 흡수도와 굴절율을 가진 하층막용 조성물을 제공할 수 있다.  또한, 상기 화학식 2의 화합물을 상기 범위로 사용할 경우 중축합물의 저장안정성을 높일 수 있으며 충분한 흡광도를 얻을 수 있다.  또한 상기 화학식 3의 화합물을 상기 범위로 사용할 경우 보관안정성 개선과 함께 우수한 에칭성을 확보할 수 있다.When the compound of Formula 1 is used in the above range, the aromatic ring exhibits an absorption spectrum in the deep UV region, thereby providing an underlayer film having high antireflection characteristics and sufficient etching selectivity due to high Si content. can do. In addition, the content of the aromatic ring may be adjusted to provide a composition for an underlayer film having a desired absorbance and a refractive index at a specific wavelength. In addition, when the compound of Formula 2 is used in the above range, the storage stability of the polycondensate can be increased and sufficient absorbance can be obtained. In addition, when the compound of Formula 3 is used in the above range, it is possible to secure excellent etching properties with improved storage stability.

상기 가수분해는 산촉매 하에서 반응용매 중에서 실시된다.The hydrolysis is carried out in a reaction solvent under an acid catalyst.

상기 산촉매는 상기한 화합물들의 가수분해 반응 또는 축중합 반응의 속도를 적절히 조절하여 원하는 분자량의 유기실란계 축중합물을 얻을 수 있도록 하는 역할을 한다.  이러한 산촉매의 종류는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으나, 구체적으로 상기 산촉매로는 질산(nitric acid), 황산(sulfuric acid), 염산(hydrochloric acid), 불산, 브롬산, 요오드산 등의 무기산; p-톨루엔 술폰산 수화물(p-toluenesulfonic acid monohydrate), 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트,  디에틸설페이트(diethylsulfate) 등의 유기 술폰산의 알킬 에스테르류; 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.  이 때, 상기 산촉매는 유기실란계 축중합물을 생성하는 상기 화학식 1 내지 3의 화합물 총량 100 중량부에 대하여 0.001 내지 10 중량부로 사용하는 것이 반응속도를 적절히 조절하여 원하는 분자량의 축중합물을 얻기 위해서 바람직하다.The acid catalyst plays a role of properly adjusting the rate of the hydrolysis reaction or the polycondensation reaction of the above compounds to obtain an organosilane condensation polymer having a desired molecular weight. The type of the acid catalyst is generally used in the art, and is not particularly limited. Specifically, the acid catalyst may be nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodic acid, or the like. Inorganic acid; organic compounds such as p-toluenesulfonic acid monohydrate, 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and diethylsulfate Alkyl esters of sulfonic acid; Or a combination thereof. In this case, the acid catalyst is preferably used in an amount of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the compounds of Formulas 1 to 3 to form the organosilane condensation polymer, in order to properly control the reaction rate to obtain a condensation polymer having a desired molecular weight. Do.

상기 반응용매는 Si-OR의 가수분해 정도를 조절하여 유기실란계 축중합물의 안정성을 높이는 역할을 하는 것으로, 상기 반응용매로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 디에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트, 에틸 락테이트, δ-부티로락톤, 디메틸에테르, 디부틸에테르, 알코올류(메탄올, 에탄올 등) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.  상기 반응용매는 상기 화학식 1 내지 3의 화합물 총량 100 중량부에 대하여 100 내지 1800 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. The reaction solvent serves to increase the stability of the organosilane condensation polymer by controlling the degree of hydrolysis of Si-OR, the reaction solvent is acetone, tetrahydrofuran, benzene, toluene, diethyl ether, chloroform, dichloro Methane, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol propyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, ethyl lactate, δ-butyrolactone, Dimethyl ether, dibutyl ether, alcohols (methanol, ethanol, etc.) and those selected from the group consisting of these can be used. The reaction solvent is preferably used in an amount of 100 to 1800 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the compounds of Formulas 1 to 3.

상기 유기실란계 축중합물은 상기 화학식 1 내지 3의 가수분해물인 하기 화학식 4 내지 6으로 표시되는 화합물의 축중합물일 수 있다.The organosilane condensation polymer may be a condensation product of a compound represented by the following Chemical Formulas 4 to 6, which are hydrolyzates of Chemical Formulas 1 to 3.

[화학식 4][Formula 4]

[HO]a[R1O](3-a)Si-X[HO] a [R 1 O] (3-a) Si-X

(상기 화학식 4에서,(In the formula 4,

R1 및 X는 앞서 정의한 바와 같고, a는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)R 1 and X are as defined above and a is a number greater than 0 and in the range of 3.)

[화학식 5][Chemical Formula 5]

[HO]b[R2O](3-b)Si-R3 [HO] b [R 2 O] (3-b) Si-R 3

(상기 화학식 5에서,(In the above formula (5)

R2 및 R3은 앞서 정의한 바와 같으며, b는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)R 2 and R 3 are as defined above, b is a number greater than 0 and in the range of 3.)

[화학식 6][Formula 6]

B[OH]c[OR4](3-c) B [OH] c [OR 4 ] (3-c)

(상기 화학식 6에서,(6)

R4는 앞서 정의한 바와 같으며, c는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)R 4 is as defined above and c is a number greater than 0 and in the range of 3.)

상기 알킬기는 선형 또는 분지된 알킬기일 수 있다.The alkyl group can be a linear or branched alkyl group.

상기 유기실란계 축중합물은 하기 화학식 7의 화합물로부터 생성되는 가수분해물로부터 유도된 구조단위를 더 포함할 수 있다.The organosilane-based condensation polymer may further include a structural unit derived from a hydrolyzate produced from the compound of Formula 7.

[화학식 7][Formula 7]

[R5O]3Si-Y-Si[OR6]3 [R 5 O] 3 Si-Y-Si [OR 6 ] 3

(상기 화학식 7에서,(In the above formula (7)

R5 및 R6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, Y는 C6 내지 C30의 아릴렌기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 치환 또는 비치환된 알킬렌기, 주쇄에 방향족 고리, 헤테로 고리, 우레아(urea)기 또는 이소시아누레이트(isocyanurate)기가 포함되어 있는 C1 내지 C20의 알킬렌기, 및 다중결합을 포함하는 C2 내지 C20의 탄화수소기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)R 5 and R 6 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, Y is a C6 to C30 arylene group, C1 to C20 straight or branched substituted or unsubstituted alkylene group, an aromatic ring in the main chain , C1 to C20 alkylene group containing a hetero ring, urea or isocyanurate group, and C2 to C20 hydrocarbon group containing a multiple bond.

상기 화학식 7의 화합물로부터 생성되는 가수분해물이 하기 화학식 8의 화합물일 수 있다.The hydrolyzate produced from the compound of Formula 7 may be a compound of Formula 8 below.

[화학식 8][Formula 8]

[HO]d[R5O](3-d)Si-Y-Si[OH]e[OR6](3-e) [HO] d [R 5 O] (3-d) Si-Y-Si [OH] e [OR 6 ] (3-e)

(상기 화학식 8에서,(In the formula (8)

R5 및 R6, 및 Y는 앞서 정의한 바와 같으며, d와 e는 각각 독립적으로 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)R 5 and R 6 , and Y are as defined above, and d and e are each independently a number greater than 0 and in the range of 3.)

상기 유기실란계 축중합물이 상기 화학식 7의 화합물로부터 생성되는 가수분해물로부터 유도된 구조단위를 더 포함하는 경우, 유기실란계 축중합물의 제조시 상기 화학식 7의 화합물은 상기 화학식 1 내지 3의 화합물 총량 100 중량부에 대하여 5 내지 400 중량부로 사용할 수 있다.  상기 화학식 7의 화합물을 상기 범위로 사용할 경우 보관안정성 개선과 함께 중축합물 내 Si와 O의 함량을 높일 수 있어 CFx 플라즈마에 대한 충분한 에칭성을 확보할 수 있다.When the organosilane condensation polymer further comprises a structural unit derived from a hydrolyzate produced from the compound of Formula 7, the compound of Formula 7 in the preparation of the organosilane condensation polymer is the total amount of the compounds of Formulas 1 to 3 It can be used from 5 to 400 parts by weight based on 100 parts by weight. When the compound of Formula 7 is used in the above range, it is possible to increase the content of Si and O in the polycondensate with improvement of storage stability, thereby securing sufficient etching property for CFx plasma.

본 발명의 일 구현예에 따른 축중합물은 하기 화학식 9 또는 10의 구조 단위를 포함한다:A condensation polymer according to an embodiment of the present invention includes a structural unit of formula 9 or 10 below:

[화학식 9][Chemical Formula 9]

{(R3SiO1 .5(OR2)1.5-p)0.7(XSiO1 .5(OR1)1.5-q)0.1(BO1 .5(OH)1.5-r)0.2}m {(R 3 SiO 1 .5 ( OR 2) 1.5-p) 0.7 (XSiO 1 .5 (OR 1) 1.5-q) 0.1 (BO 1 .5 (OH) 1.5-r) 0.2} m

상기 식에서, R1 내지 R3 및 X는 화학식 1 및 2에서 정의한 바와 동일하고, 0.001≤p≤0.9, 0.001≤q≤0.9 및 0.001≤r≤0.9이고, p+q+r=1이며, m은 50 내지 300의 범위에 있다. 또한 상기 화학식 9에서 구조단위 내의 (R3SiO1 .5(OR2)1.5-p), (XSiO1.5(OR1)1.5-q) 및 (BO1 .5(OH)1.5-r)의 순서는 랜덤하다.Wherein R 1 to R 3 and X are the same as defined in Formulas 1 and 2, 0.001 ≦ p ≦ 0.9, 0.001 ≦ q ≦ 0.9 and 0.001 ≦ r ≦ 0.9, p + q + r = 1, m Is in the range of 50 to 300. In addition, in the structural units in the above formula 9 (R 3 SiO 1 .5 ( OR 2) 1.5-p), (XSiO 1.5 (OR 1) 1.5-q) and (BO 1 .5 (OH) 1.5 -r) of the order Is random.

[화학식 10][Formula 10]

{(SiO1 .5(OR5)1.5-s-Y-SiO1 .5(OR6)1.5-s)0.5(R3SiO1 .5(OR2)1.5-p)0.3(XSiO1 .5(OR1)1.5-q)0.1(BO1.5(OH)1.5-r)0.1}n {(SiO 1 .5 (OR 5 ) 1.5-s -Y-SiO 1 .5 (OR 6) 1.5-s) 0.5 (R 3 SiO 1 .5 (OR 2) 1.5-p) 0.3 (XSiO 1 .5 (OR 1 ) 1.5-q ) 0.1 (BO 1.5 (OH) 1.5-r ) 0.1 } n

상기 식에서, R1 내지 R3, R5, R6, X, 및 Y는 화학식 1 내지 3 및 화학식 7에서 정의한 바와 동일하고, 0.001≤p≤0.9, 0.001≤q≤0.9, 0.001≤r≤0.9 및 0.001≤s≤0.9, 이고, p+q+r+s=1이며, n은 50 내지 300의 범위에 있다. 또한 상기 화학식 10에서 구조단위 내의 (SiO1 .5(OR5)1.5-s-Y-SiO1 .5(OR6)1.5-s), (R3SiO1 .5(OR2)1.5-p), (XSiO1.5(OR1)1.5-q) 및 (BO1 .5(OH)1.5-r)의 순서는 랜덤하다.Wherein R 1 to R 3 , R 5 , R 6 , X, and Y are the same as defined in Formulas 1 to 3 and 7, and 0.001 ≦ p ≦ 0.9, 0.001 ≦ q ≦ 0.9, 0.001 ≦ r ≦ 0.9 And 0.001 ≦ s ≦ 0.9, p + q + r + s = 1, and n is in the range of 50 to 300. In addition, in the structural unit in Formula 10 (SiO 1 .5 (OR 5 ) 1.5-s -Y-SiO 1 .5 (OR 6) 1.5-s), (R 3 SiO 1 .5 (OR 2) 1.5-p ), a sequence of (XSiO 1.5 (OR 1) 1.5 -q) and (BO 1 .5 (OH) 1.5 -r) is random.

이러한 유기실란계 축중합물은 중량 평균 분자량(Mw)이 2,000 내지 50,000 범위인 것을 사용할 수 있다.  특히, 기판상의 코팅성능을 고려하고, 겔 생성을 방지할 수 있도록 3,000 내지 20,000 범위인 것을 사용하는 것이 좋다. Such organosilane-based condensation polymer may be used that has a weight average molecular weight (Mw) of 2,000 to 50,000. In particular, it is preferable to consider the coating performance on the substrate, and to use a range of 3,000 to 20,000 in order to prevent gel formation.

또한, 상기 유기실란계 축중합물은 레지스트 하층막용 조성물 총량 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 50 중량부로 포함될 수 있다.  특히, 기판상의 코팅성능을 고려하여 0.5 내지 10 중량부로 포함되는 것이 좋다.In addition, the organosilane-based condensation polymer may be included in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the composition for resist underlayer film. In particular, it is preferable to include 0.5 to 10 parts by weight in consideration of the coating performance on the substrate.

또한, 상기 레지스트 하층막용 조성물에서 상기 용매는 보이드(void)를 방지하고, 필름을 천천히 건조함으로써 평탄성을 향상시키는 역할을 한다.  이러한 용매의 종류는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으나, 보다 구체적으로 본 발명의 일 구현예에 따른 레지스트 하층막용 조성물의 코팅, 건조 및 경화 시의 온도보다 좀 더 낮은 온도 근처에서 휘발하는 고비등 용매를 사용할 수 있다.  보다 더 구체적으로 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 디에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(propylene glycol monomethyl ether), 프로필렌 글리콜 에틸 에테르(propylene glycol ethyl ether), 프로필렌 글리콜 프로필 에테르(propylene glycol propyl ether), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트(propylene glycol ethyl ether acetate), 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트(propylene glycol propyl ether acetate), 에틸 락테이트(ethyl lactate), δ-부티로락톤(δ-butyrolactone), 디메틸에테르, 디부틸에테르, 메탄올, 에탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. In addition, in the resist underlayer film composition, the solvent serves to prevent voids and to improve flatness by slowly drying the film. The kind of the solvent is generally used in the art, and is not particularly limited, but more specifically, volatilization near a temperature lower than the temperature during coating, drying and curing of the composition for resist underlayer film according to one embodiment of the present invention. A high boiling solvent can be used. More specifically, acetone, tetrahydrofuran, benzene, toluene, diethyl ether, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene Propylene glycol propyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, Ethyl lactate, δ-butyrolactone, dimethyl ether, dibutyl ether, methanol, ethanol, and combinations thereof may be used.

상기 레지스트 하층막용 조성물은 가교제, 라디칼 안정제, 계면활성제, pH 조절제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.The resist underlayer film composition may further include an additive selected from the group consisting of crosslinking agents, radical stabilizers, surfactants, pH adjusting agents, and combinations thereof.

구체적으로 상기 가교제로는 테트라부틸암모늄아세테이트(tetrabutyl ammonium acetate), 테트라부틸암모늄아자이드(tetrabutyl ammonium azide), 테트라부틸암모늄벤조에이트(tetrabutyl ammonium benzoate), 테트라부틸암모늄바이설페이트(tetrabutyl ammonium bisulfate), 브롬화테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium bromide), 염화 테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium chloride), 시안화테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium cyanide), 불화테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium fluoride), 요오드화테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium iodide), 테트라부틸암모늄 설페이트(tetrabutyl ammonium sulfate), 테트라부틸암모늄나이트라이트(tetrabutyl ammonium nitrite), 테트라부틸암모늄 p-톨루엔설포네이트(tetrabutyl ammonium p-toluene sulfonate), 테트라부틸암모늄포스페이트(tetrabutyl ammonium phosphate)) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.Specifically, as the crosslinking agent, tetrabutyl ammonium acetate, tetrabutyl ammonium azide, tetrabutyl ammonium benzoate, tetrabutyl ammonium bisulfate, brominated Tetrabutyl ammonium bromide, tetrabutyl ammonium chloride, tetrabutyl ammonium cyanide, tetrabutyl ammonium fluoride, tetrabutyl ammonium iodide, tetra Tetrabutyl ammonium sulfate, tetrabutyl ammonium nitrite, tetrabutyl ammonium p-toluene sulfonate, tetrabutyl ammonium phosphate, and their In the group of mixtures You can use that tag.

또한, 상기 레지스트 하층막용 조성물은 유기염기의 술폰산염(예를 들면, 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트(pyridinium p-toluenesulfonate), 아미도설포베타인-16(amidosulfobetain-16), 암모늄(-)-캠퍼-10-술폰산염(ammonium(-)-camphor-10-sulfonic acid ammonium salt) 등), 암모늄포메이트(ammonium formate), 알킬암모늄포메이트(alkylammonium formate)(예를 들면, 트리에틸암모늄 포메이트(triethylammonium formate), 트리메틸암모늄 포메이트(trimethylammonium formate), 테트라메틸암모늄 포메이트 (tetramethylammonium formate), 테트라부틸암모늄 포메이트 (tetrabutylammonium formate) 등), 피리디늄포메이트(pyridinium formate), 알킬암모늄나이트레이트(예를 들면, 테트라메틸암모늄 나이트레이트 (tetramethylammonium nitrate), 테트라부틸암모늄나이트레이트(tetrabutyl ammonium nitrate) 등), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 가교촉매를 첨가제로 더 포함할 수 있다. In addition, the composition for the resist underlayer film is a sulfonic acid salt of organic base (for example, pyridinium p-toluenesulfonate, amidosulfobetaine-16, ammonium (-)-camphor -10-sulfonate (ammonium (-)-camphor-10-sulfonic acid ammonium salt, etc.), ammonium formate, alkylammonium formate (e.g. triethylammonium formate ( triethylammonium formate, trimethylammonium formate, tetramethylammonium formate, tetrabutylammonium formate, etc., pyridinium formate, alkylammonium nitrate (e.g. For example, tetramethylammonium nitrate, tetrabutyl ammonium nitrate, and the like, and combinations thereof. Crosslinking catalyst may be further included as an additive.

상기 가교촉매는 유기실란계 중합물 및 용매를 포함하는 조성물에 단독으로 첨가되거나 또는 상기 가교제, 라디칼 안정제, 계면활성제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제와 함께 추가되어 사용할 수도 있다.The crosslinking catalyst may be added to the composition including the organosilane-based polymer and the solvent alone or in addition to the additive selected from the group consisting of the crosslinking agent, radical stabilizer, surfactant, and combinations thereof.

상기 레지스트 하층막용 조성물이 상기한 첨가제를 더 포함하는 경우에는 유기실란계 축중합물 100 중량부에 대하여 상기 각각의 첨가제를 0.0001 내지 1 중량부로 포함하는 것이 저장안정성 측면에서 바람직하다. In the case where the resist underlayer film composition further includes the above additives, it is preferable to include 0.0001 to 1 parts by weight of each of the additives based on 100 parts by weight of the organosilane condensation polymer.

본 발명의 일 구현예에 따른 레지스트 하층막용 조성물은 B-O 또는 B-O-Si 결합을 포함하는 화합물의 가수분해물로부터 유도된 구조단위를 포함하는 실란계 축중합물을 포함함으로써 CFx  플라즈마에 대한 에칭성이 우수할 뿐만 아니라 코팅성 및 보관안정성이 우수하다.  또한, 반사방지 특성과 에칭선택성이 우수한 레지스트 하층막을 제공할 수 있다. The composition for resist underlayer film according to one embodiment of the present invention includes CF x by including a silane-based condensation polymer including a structural unit derived from a hydrolyzate of a compound containing a BO or BO-Si bond.   Not only excellent etching property for plasma but also excellent coating property and storage stability. In addition, a resist underlayer film excellent in antireflection characteristics and etching selectivity can be provided.

 

본 발명의 일 구현예에 따르면, (a) 기판 상에 재료층을 제공하는 단계; (b) 상기 재료층 위에 유기물로 이루어진 제 1 레지스트 하층막을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 레지스트 하층막 위에 상기 레지스트 하층막용 조성물을 스핀-온-코팅하여 제 2 레지스트 하층막을 형성하는 단계; (d) 상기 제 2 레지스트 하층막 위에 방사선-민감성 이미지화 층을 형성하는 단계; (e) 상기 방사선-민감성 이미지화 층을 패턴 방식으로 방사선에 노출시킴으로써 상기 방사선-민감성 이미지화 층 내에서 방사선-노출된 영역의 패턴을 생성시키는 단계; (f) 상기 방사선-민감성 이미지화 층 및 상기 제 2 레지스트 하층막의 부분을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 레지스트 하층막의 부분을 노출시키는 단계; (g) 패턴화된 제 2 레지스트 하층막 및 상기 제 1 레지스트 하층막의 부분을 선택적으로 제거하여 재료층의 부분을 노출시키는 단계; 및 (h) 제 1 레지스트 하층막을 마스크로 하여 재료층의 노출된 부분을 에칭함으로써 패턴화된 재료 형상을 형성시키는 단계를 포함하는 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법을 제공한다.According to one embodiment of the invention, (a) providing a material layer on a substrate; (b) forming a first resist underlayer film made of an organic material on the material layer; (c) spin-on-coating the composition for resist underlayer film on the first resist underlayer film to form a second resist underlayer film; (d) forming a radiation-sensitive imaging layer over the second resist underlayer film; (e) generating a pattern of radiation-exposed regions within the radiation-sensitive imaging layer by exposing the radiation-sensitive imaging layer to radiation in a patterned manner; (f) selectively removing portions of the radiation-sensitive imaging layer and the second resist underlayer film to expose portions of the first resist underlayer film; (g) selectively removing portions of the patterned second resist underlayer film and the first resist underlayer film to expose portions of the material layer; And (h) forming a patterned material shape by etching the exposed portion of the material layer using the first resist underlayer film as a mask.

본 발명에 따라 기판 상의 재료를 패턴화하는 방법은 보다 구체적으로 하기와 같이 수행될 수 있다.  The method of patterning the material on the substrate according to the present invention can be carried out more specifically as follows.

먼저, 알루미늄과 SiN(실리콘 나이트라이드) 등과 같은 패턴화하고자 하는 재료를 통상적인 방법에 따라 실리콘 기판 위에 형성시킨다.  본 발명의 레지스트 하층막용 조성물이 사용되는 패턴화하고자 하는 재료는 전도성, 반전도성, 자성 또는 절연성 재료인 것이 모두 가능하다.First, a material to be patterned, such as aluminum and SiN (silicon nitride), is formed on a silicon substrate according to a conventional method. The material to be patterned in which the composition for resist underlayer film of the present invention is used may be all conductive, semiconducting, magnetic or insulating materials.

상기 패턴화하고자 하는 재료 상에 유기물로 이루어진 제1 레지스트 하층막을 형성한다.  이 때, 상기 제1 레지스트 하층막은 주로 탄소, 수소 및 산소를 포함하는 유기물 재료를 이용하여 200 Å 내지 12000 Å의 두께로 형성될 수 있다.  이 때, 상기 제1 레지스트 하층막의 종류 및 두께는 상기 범위로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.A first resist underlayer film made of an organic material is formed on the material to be patterned. In this case, the first resist underlayer film may be formed to have a thickness of 200 kPa to 12000 kPa using an organic material mainly including carbon, hydrogen, and oxygen. In this case, the type and the thickness of the first resist underlayer film are not limited to the above-described range, but may be manufactured in various forms, and those skilled in the art will recognize that the technical idea of the present invention, It will be appreciated that the invention may be embodied in other specific forms without modification.

이어서, 본 발명의 일 구현예에 따른 레지스트 하층막용 조성물을 사용하여 100 Å 내지 4000 Å 두께로 스핀-온-코팅한 후 열처리하여 제2 레지스트 하층막을 형성한다.Subsequently, the second resist underlayer film is formed by spin-on-coating to a thickness of 100 kPa to 4000 kPa using a composition for a resist underlayer film according to an embodiment of the present invention and then performing heat treatment.

상기 제2 레지스트 하층막을 형성하기 위한 열처리 공정은 100 ℃ 내지 400 ℃에서 실시될 수 있다.   상기 범위에서 열처리되는 경우 하층막 내의 Si의 함량이 높아져 치밀한 하층막이 제공될 수 있다.The heat treatment process for forming the second resist underlayer film may be performed at 100 ° C to 400 ° C. When heat-treated in the above range, the content of Si in the underlayer film is increased to provide a dense underlayer film.

상기 제2 레지스트 하층막이 형성되면 방사선-민감성 이미지화층을 형성시키고, 상기 이미지화층을 통한 노광(exposure) 공정에 의해 패턴이 형성될 영역을 노출시키는 현상(develop)공정을 진행한다.  이어서, 이미지화층 및 반사방지층을 선택적으로 제거하여 재료층의 부분을 노출시키고, 에칭가스를 이용하여 드라이 에칭을 진행한다.  상기 에칭가스의 일반적인 예로는 CHF3, CH2F2, CF4, CH4, N2, O2, Cl2, BCl3 및 이들의 혼합가스로 이루어진 군 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.  패턴화된 재료 형상이 형성된 후에는 통상의 포토레지스트 스트리퍼에 의해 잔류하는 임의의 방사선-민감성 이미지화층을 제거할 수 있다.When the second resist lower layer film is formed, a radiation-sensitive imaging layer is formed and a developing process is performed to expose a region to be patterned by an exposure process through the imaging layer. Subsequently, the imaging layer and the antireflective layer are selectively removed to expose portions of the material layer, and dry etching is performed using an etching gas. As a general example of the etching gas may be selected from the group consisting of CHF 3 , CH 2 F 2 , CF 4 , CH 4 , N 2 , O 2 , Cl 2 , BCl 3 and mixtures thereof. After the patterned material shape is formed, any remaining radiation-sensitive imaging layer can be removed by conventional photoresist strippers.

본 발명의 일 구현예에 다른 제조방법은 상기 (c) 제 2 레지스트 하층막 형성 단계 후 형성된 제 2 레지스트 하층막 위에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.  본 발명에 따른 레지스트 하층막용 조성물은 화학식 1의 화합물의 가수분해물로부터 유도된 구조단위를 포함함으로써 충분한 반사방지 효과를 얻을 수 있어 별도의 반사방지막 형성이 불필요하지만, 흡광도 개선 및 포토 프로파일 개선 등의 목적으로 추가의 반사방지막을 더 형성할 수 있다.  이때 반사방지막은 통상의 방법에 따라 제조할 수 있다.According to another exemplary embodiment of the present disclosure, the method may further include forming an anti-reflection film on the second resist underlayer film formed after the step (c) forming the second resist underlayer film. Although the composition for resist underlayer film according to the present invention includes a structural unit derived from the hydrolyzate of the compound of Formula 1, a sufficient antireflection effect can be obtained, so that it is not necessary to form a separate antireflection film. It can further form an additional anti-reflection film. At this time, the anti-reflection film can be prepared according to a conventional method.

상기와 같은 제조방법에 의해 패턴화된 소자가 제공된다.  상기 소자는 반도체 집적회로 디바이스일 수 있다.  특히, 금속 와이어링 라인, 컨택트 또는 바이어스를 위한 홀과 같은 패터닝된 재료층 구조물; 다마스크 트렌치 또는 셀로우 트렌치 절연과 같은 절연색션; 집적 회로 장치의 설계와 같은 커패시터 구조물용 트렌치 등의 분야에 유용하게 적용될 수 있다.  또한, 산화물, 질화물, 폴리실리콘 및 크롬의 패터닝된 층을 형성하는 데에 매우 유용하게 적용될 수 있다.  또한 본 발명은 임의의 특정 리쏘그래픽 기법 또는 디바이스 구조물에 국한되는 것이 아님을 이해해야 한다.  A device patterned by the above manufacturing method is provided. The device may be a semiconductor integrated circuit device. In particular, a patterned material layer structure, such as a hole for a metal wiring line, contact or bias; Insulation sections such as multimask trenches or cellrow trench insulation; A trench for a capacitor structure such as a design of an integrated circuit device, and the like. It can also be very usefully applied to form patterned layers of oxides, nitrides, polysilicon and chromium. It should also be understood that the invention is not limited to any particular lithographic technique or device structure.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다.  다만, 하기에 기재된  실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are merely for illustrating or explaining the present invention in detail, and thus the present invention is not limited thereto.

비교예Comparative example 1 One

기계교반기, 냉각관, 적가 깔대기, 및 질소가스 도입관을 구비한 1L의 4구 플라스크에 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane) 190.7g, 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane) 34.3g을 PGMEA(propylene glycol monomethyl ether acetate) 525g에 용해시킨 후, 0.5% 질산 수용액 59.5g을 용액에 첨가하였다.  그 후, 상온에서 1 시간 반응시킨 후, 음압을 가하여 생성된 메탄올(methanol)과 에탄올(ethanol)을 제거하였다.  이후 90℃로 반응 온도를 유지하면서 반응을 7일 동안 진행시켰다.  반응 후 중합이 끝난 유기실란계 축중합물(중량평균 분자량: 10,000) 용액 2g에 PGMEA 98g을 넣어 희석용액을 만들었다. In a 1 L four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a cooling tube, a dropping funnel, and a nitrogen gas introduction tube, 190.7 g of methyltrimethoxysilane and 34.3 g of phenyltrimethoxysilane were mixed with PGMEA (propylene glycol monomethyl). ether acetate) and 59.5 g of 0.5% nitric acid solution were added to the solution. Thereafter, the reaction was carried out at room temperature for 1 hour, and then negative pressure was applied to remove methanol and ethanol. After the reaction was carried out for 7 days while maintaining the reaction temperature at 90 ℃. After the reaction, 98 g of PGMEA was added to 2 g of a solution of the polymerized organosilane condensation product (weight average molecular weight: 10,000) to prepare a dilute solution.

이 희석용액에 피리디늄 p-톨루엔술포네이트(pyridinium p-toluenesulfonate) 0.004g을 첨가하여 레지스트 하층막용 조성물을 제조하였다.Pyridinium p-toluenesulfonate (0.004 g) was added to this dilution solution to prepare a resist underlayer film composition.

상기 레지스트 하층막용 조성물을 실리콘 웨이퍼에 스핀-온-코팅 법으로 코팅하고, 60초간 240℃에서 구워서 두께 400 Å의 필름을 형성시켰다.The composition for resist underlayer film was coated on a silicon wafer by spin-on-coating, and baked at 240 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 400 mm 3.

 

비교예Comparative example 2 2

기계교반기, 냉각관, 적가 깔대기, 및 질소가스 도입관을 구비한 1L의 4구 플라스크에 메틸트리메톡시실란 48.7g, 페닐트리메톡시실란 17.7g, 비스트리에톡시실릴에탄 158.5g을 PGMEA 525g에 용해시킨 후, 0.5% 질산 수용액 50.7g을 용액에 첨가하였다.  그 후, 상온에서 1 시간 반응시킨 후, 음압을 가하여 생성된 메탄올과 에탄올을 제거하였다.  이후 50℃로 반응 온도를 유지하면서 반응을 5일 동안 진행시켰다.  반응 후 중합이 끝난 유기실란계 축중합물(중량평균 분자량: 10,000) 용액 2g에 PGMEA 98g을 넣어 희석용액을 만들었다. In a 1 L four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, cooling tube, dropping funnel, and nitrogen gas introduction tube, 48.7 g of methyltrimethoxysilane, 17.7 g of phenyltrimethoxysilane, and 158.5 g of bistriethoxysilylethane were added to 525 g of PGMEA. After dissolution, 50.7 g of 0.5% nitric acid aqueous solution was added to the solution. Then, after reacting at room temperature for 1 hour, negative pressure was applied to remove the generated methanol and ethanol. The reaction was then carried out for 5 days while maintaining the reaction temperature at 50 ℃. After the reaction, 98 g of PGMEA was added to 2 g of a solution of the polymerized organosilane condensation product (weight average molecular weight: 10,000) to prepare a dilute solution.

이 희석용액에 피리디늄 p-톨루엔술포네이트 0.004g을 첨가하고, 레지스트 하층막용 조성물을 제조하였다.0.004 g of pyridinium p-toluenesulfonate was added to this dilution solution to prepare a composition for resist underlayer film.

상기 레지스트 하층막용 조성물을 실리콘 웨이퍼에 스핀-온-코팅 법으로 코팅하여 60초간 240℃에서 구워서 두께 400Å의 필름을 형성시켰다.The resist underlayer film was coated on a silicon wafer by spin-on-coating to bake at 240 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 400 μs.

 

실시예Example 1 One

기계교반기, 냉각관, 적가 깔대기, 및 질소가스 도입관을 구비한 1L의 4구 플라스크에 메틸트리메톡시실란 110.0g, 페닐트리메톡시실란 25.5g, 및 붕산(boric acid) 14.5g을 PGMEA 600g에 용해시킨 후, 0.5% 질산 수용액 44.3g을 용액에 첨가하였다.  그 후, 상온에서 1 시간 반응시킨 후, 음압을 가하여 생성된 메탄올과 에탄올을 제거하였다.  이후 50℃로 반응 온도를 유지하면서 반응을 4일 동안 진행시켰다.  반응 후 중합이 끝난 유기실란계 축중합물(중량 평균 분자량: 10,000) 용액 2g에 PGMEA 98g을 넣어 희석용액을 만들었다. In a 1 L four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, cooling tube, dropping funnel, and nitrogen gas introduction tube, 110.0 g of methyltrimethoxysilane, 25.5 g of phenyltrimethoxysilane, and 14.5 g of boric acid were charged with 600 g of PGMEA. After dissolving in, 44.3 g of 0.5% nitric acid aqueous solution was added to the solution. Then, after reacting at room temperature for 1 hour, negative pressure was applied to remove the generated methanol and ethanol. After the reaction was carried out for 4 days while maintaining the reaction temperature at 50 ℃. After the reaction, 98 g of PGMEA was added to 2 g of a solution of the polymerized organosilane condensation product (weight average molecular weight: 10,000) to prepare a dilute solution.

이 희석 용액에 피리디늄 p-톨루엔술포네이트 0.004g을 첨가하여 레지스트 하층막용 조성물을 제조하였다.0.004 g of pyridinium p-toluenesulfonate was added to this diluted solution to prepare a composition for resist underlayer film.

상기 레지스트 하층막용 조성물을 실리콘 웨이퍼에 스핀-온-코팅 법으로 코팅하여 60초간 240℃에서 구워 두께 400Å의 필름을 형성시켰다. The resist underlayer film composition was coated on a silicon wafer by spin-on-coating to bake at 240 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 400 μs.

 

실시예Example 2 2

기계교반기, 냉각관, 적가 깔대기, 및 질소가스 도입관을 구비한 1L의 4구 플라스크에 메틸트리메톡시실란 21.8g, 페닐트리메톡시실란 10.6g, 비스트리에톡시실릴에탄 94.4g, 및 붕산 3.3g을 PGMEA 520g과 에탄올 90.6g에 용해시킨 후 0.5% 질산 수용액 60.4g을 용액에 첨가하였다.  그 후, 상온에서 1 시간 반응시킨 후, 음압을 가하여 생성된 메탄올과 에탄올을 제거하였다.  이후 50℃로 반응 온도를 유지하면서 반응을 3일 동안 진행시켰다.  반응 후 중합이 끝난 유기실란계 축중합물(중량 평균 분자량: 10,000) 용액 2g에 PGMEA 98g을 넣어 희석용액을 만들었다. In a 1 L four-necked flask equipped with a mechanical stirrer, cooling tube, dropping funnel, and nitrogen gas introduction tube, 21.8 g of methyltrimethoxysilane, 10.6 g of phenyltrimethoxysilane, 94.4 g of bistriethoxysilylethane, and boric acid 3.3 g was dissolved in 520 g of PGMEA and 90.6 g of ethanol, and then 60.4 g of 0.5% nitric acid solution was added to the solution. Then, after reacting at room temperature for 1 hour, negative pressure was applied to remove the generated methanol and ethanol. After the reaction was carried out for 3 days while maintaining the reaction temperature at 50 ℃. After the reaction, 98 g of PGMEA was added to 2 g of a solution of the polymerized organosilane condensation product (weight average molecular weight: 10,000) to prepare a dilute solution.

이 희석 용액에 피리디늄 p-톨루엔술포네이트 0.004g을 첨가하여 레지스트 하층막용 조성물을 제조하였다.0.004 g of pyridinium p-toluenesulfonate was added to this diluted solution to prepare a composition for resist underlayer film.

상기 레지스트 하층막용 조성물을 실리콘 웨이퍼에 스핀-온-코팅법으로 코팅하여 60초간 240℃에서 구워 두께 400Å의 필름을 형성시켰다. The resist underlayer film was coated on a silicon wafer by spin-on-coating to bake at 240 ° C. for 60 seconds to form a film having a thickness of 400 μs.

 

실험예Experimental Example 1: 보관안정성 평가 1: Storage stability evaluation

상기 비교예 1, 2와 실시예 1, 2에서 제조된 유기실란계 축중합물 용액에 대해 보관안정성을 평가하였다.Storage stability of the organosilane condensation polymer solution prepared in Comparative Examples 1 and 2 and Examples # 1 and 2 was evaluated.

상세하게는, 상기 비교예 1, 2 및 실시예 1, 2에서 제조된 유기실란계 축중합물 용액을 40℃에서 30일 동안 보관하면서, 용액의 상태와 코팅 후 두께를 측정하였다. In detail, the organosilane condensation polymer solution prepared in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 was stored at 40 ° C. for 30 days, and the state of the solution and the thickness after coating were measured.

측정 결과, 비교예 1, 2와 실시예 1, 2 모두 일정시간 경과 후에도 제조 시의 분자량을 유지하였으며, 코팅 후에도 두께 변화가 거의 없었다(<10Å).  이 같은 결과로부터 비교예 1, 2 및 실시예 1, 2의 유기실란계 축중합물 용액 모두  우수한  보관안정성을 가짐을 확인하였다.As a result of the measurement, in Comparative Examples 1 and 2 and Examples # 1 and 2, the molecular weight at the time of manufacture was maintained even after a certain time elapsed, and there was almost no change in thickness even after coating (<10 ms). From these results, it was confirmed that both the organosilane condensation solution solutions of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 had excellent retention stability.

 

실험예Experimental Example 2:  2: 굴절율과Refractive index and 흡광계수의Extinction coefficient 측정 Measure

일반적으로 굴절률과 흡광계수는 노광 실험에 앞서 반사도와 두께의 함수에 대한 정보를 알려 주는 요소가 된다.  이에 따라 상기 비교예 1, 2 및 실시예 1, 2에서 제조된 필름들에 대해 엘립소미터(Ellipsometer, J. A. Woollam사 제품)를 이용하여 193 nm 파장에서 굴절율(refractive index, n)과 흡광계수(extinction coefficient, k)를 측정하였다.  그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In general, the refractive index and the extinction coefficient are factors that inform the function of the reflectivity and thickness prior to the exposure experiment. Accordingly, for the films prepared in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2, the refractive index (n) and the absorption coefficient (refractive index, n) at 193 nm were measured using an ellipsometer (manufactured by JA Woollam, Inc.). extinction coefficient (k) was measured. The results are shown in Table 1 below.

  n,k (@193nm)n, k (@ 193nm) 비교예 1Comparative Example 1 n=1.70, k=0.21n = 1.70, k = 0.21 실시예 1Example 1 n=1.73, k=0.27n = 1.73, k = 0.27 비교예 2Comparative Example 2 n=1.69, k=0.14n = 1.69, k = 0.14 실시예 2Example 2 n=1.70, k=0.16n = 1.70, k = 0.16

 

 상기 표 1에서 보는 바와 같이, 동일한 발색단(chromophore) 함량을 사용하였더라도, 유기실란계 축충합물 중에 붕산 유래 구조단위를 포함하는 실시예 1 및 2의 경우 비교예 1 및 2에 비해 보다 증가된 n 및 k값을 나타내었다.  이는 유기실란계 축충합물 내 보론 포함 시 발색단/Si 값이 상대적으로 상승하였기 때문인 것으로 파악된다.As shown in Table 1, even when the same chromophore content was used, Examples 1 and 2 including the boric acid-derived structural unit in the organosilane condensate increased n and compared with Comparative Examples 1 and 2 The k value is shown. This is because chromophore / Si was relatively increased when boron was included in organosilane condensate.

 

실험예Experimental Example 3:  3: 접촉각Contact angle 측정 Measure

상기 비교예 1, 2 및 실시예 1, 2에서 제조된 필름들에 대해 접촉각(contact angle)을 측정하였다.  사용기기는 DAS-100(Kruess사)으로 각각의 표면 위에 5 포인트(point) 씩 3㎕의 물을 떨어뜨려 각각의 표면과 물방울이 이루는 각도를 측정하였다.  그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Contact angles of the films prepared in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 were measured. The instrument used was DAS-100 (Kruess Co., Ltd.) dropping 3 μl of water by 5 points on each surface to measure the angle between each surface and water droplets. The results are shown in Table 2 below.

  접촉각 (˚)Contact angle (˚) 비교예 1Comparative Example 1 8383 실시예 1Example 1 7878 비교예 2Comparative Example 2 6969 실시예 2Example 2 6666

 

 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 유기실란계 축중합물이 보론 성분을 포함하는 실시예 1 및 2의 경우 비교예 1 및 2에 비해 보다 낮은 접촉각을 나타내었다.As shown in Table 2, Examples 1 and 2 in which the organosilane-based polycondensate contained a boron component showed lower contact angles than Comparative Examples 1 and 2.

 

실험예Experimental Example 4: 적외선 분광 스펙트럼의 측정  4: Measurement of Infrared Spectroscopy Spectrum

상기 비교예 1 및 실시예 1에서 제조된 필름들에 대해 적외선 분광 스펙트럼(FT-IR Spectrum)을 측정하였다.  그 결과를 도 1 및 2에 각각 나타내었다.Infrared spectroscopy (FT-IR Spectrum) was measured on the films prepared in Comparative Example 1 and Example 1. The results are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.

도 1 및 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 필름에서는 비교예 1에서는 관찰되지 않은 B-O(1351㎝-1) 및 B-O-Si(886㎝-1) 피크가 각각 확인되었으며, 이를 통해 보론이 유기실란계 축중합물 중에 화학 결합의 형태로 존재함을 확인할 수 있다.As shown in Figure 1 and 2, in the film prepared in Example 1 was observed BO (1351 cm -1 ) and BO-Si (886 cm -1 ) peaks that were not observed in Comparative Example 1, respectively, through the boron It can be seen that the organosilane condensation polymer is present in the form of a chemical bond.

 

실험예Experimental Example 5:  5: 에치속도Etch rate 측정  Measure

상기 비교예 1, 2와 실시예 1, 2에서 제조된 실리콘 웨이퍼를 50 CF4, 20 O2, 10 CH2F2, 80 CHF3, 800 Ar, 27MHz 600W, 2MHz 850W, 200mTorr의 에치 조건 하에서 벌크 드라이 에칭을 5초간 진행한 후 두께를 측정하여 단위 시간당 에치 속도(etch rate)를 측정하였다.  이 실험에서 Ar은 플로잉 가스(flowing gas)로 사용하고, CFx류와 O2는 주에칭 가스로 사용되었다. The silicon wafers prepared in Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 were subjected to etching conditions of 50 CF 4 , 20 O 2 , 10 CH 2 F 2 , 80 CHF 3 , 800 Ar, 27 MHz 600 W, 2 MHz 850 W, and 200 mTorr. After 5 seconds of bulk dry etching, the thickness was measured to measure the etch rate per unit time. In this experiment, Ar was used as the flowing gas, and CFx and O 2 were used as the main etching gas.

  에치속도 (Å/sec)Etch rate (Å / sec) 비교예 1Comparative Example 1 8080 실시예 1Example 1 9090 비교예 2Comparative Example 2 8585 실시예 2Example 2 100100

 

 

상기 표 3에서 보는 바와 같이 보론이 포함된 실시예 1 및 2의 실리콘 웨이퍼는 비교예 1 및 2에 비해 CFx 계열의 에칭 가스하에서 증가된 에치 속도(etch rate)를 나타내었다.  이 같은 결과로부터 실시예 1 및 2 모두 CFx 플라즈마 대해 우수한 에칭성을 가짐을 확인하였다.As shown in Table 3, the silicon wafers of Examples 1 and 2 including boron exhibited increased etch rates under CFx-based etching gases compared to Comparative Examples 1 and 2. From these results, it was confirmed that Example 1 and 2 both have excellent etching property with respect to CFx plasma.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (19)

하기 화학식 1 내지 3의 화합물로부터 생성되는 가수분해물들의 축중합에 의해 제조되는 유기실란계 축중합물; 및 용매를 포함하는 레지스트 하층막용 조성물.
[화학식 1]
[R1O]3Si-X
(상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, X는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기이다.)
[화학식 2]
[R2O]3Si-R3
(상기 화학식 2에서,
R2는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, R3는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12의 알킬기이다.)
[화학식 3]
B[OR4]3
(상기 화학식 3에서,
R4는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이다.)
 
Organosilane-based polycondensates prepared by condensation polymerization of hydrolyzates produced from compounds of Formulas 1 to 3; And a composition for a resist underlayer film containing a solvent.
[Formula 1]
[R 1 O] 3 Si-X
(In Formula 1,
R 1 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, and X is a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group.)
(2)
[R 2 O] 3 Si-R 3
(In the formula (2)
R 2 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, and R 3 is a substituted or unsubstituted C1 to C12 alkyl group.)
(3)
B [OR 4 ] 3
(3)
R 4 is a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group.)
제1항에 있어서,
상기 화학식 1 내지 3의 화합물로부터 생성되는 가수분해물은 각각 하기 화학식 4 내지 6의 화합물인 레지스트 하층막용 조성물.
[화학식 4]
[HO]a[R1O](3-a)Si-X
(상기 화학식 4에서, R1 및 X는 제1항에서 정의한 바와 같으며, a는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)
[화학식 5]
[HO]b[R2O](3-b)Si-R3
(상기 화학식 5에서, R2 및 R3은 제1항에서 정의한 바와 같으며, b는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)
[화학식 6]
B[OH]c[OR4](3-c)
(상기 화학식 6에서,
R4는 제1항에서 정의한 바와 같으며, c는 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)
 
The method of claim 1,
Wherein the hydrolyzate produced from the compounds of formulas (1) to (3) is a compound of the following formulas (4) to (6), respectively.
[Chemical Formula 4]
[HO] a [R 1 O] (3-a) Si-X
(In Formula 4, R 1 and X are as defined in claim 1, a is a number greater than 0 and in the range of 3.)
[Chemical Formula 5]
[HO] b [R 2 O] (3-b) Si-R 3
(In Formula 5, R 2 and R 3 are as defined in claim 1, b is a number greater than 0 and in the range of 3.)
[Chemical Formula 6]
B [OH] c [OR 4 ] (3-c)
(6)
R 4 is as defined in claim 1, where c is a number greater than 0 and in the range of 3.)
제1항에 있어서,
상기 화학식 1 내지 3로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 5 내지 90 중량부, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 5 내지 90 중량부, 그리고 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 5 내지 90중량부의 양으로 사용되는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 1,
With respect to 100 parts by weight of the compound represented by Formula 1 to 3, the compound represented by Formula 1 is 5 to 90 parts by weight, the compound represented by Formula 2 is 5 to 90 parts by weight, and is represented by Formula 3 The compound is a resist underlayer film composition used in the amount of 5 to 90 parts by weight.
제1항에 있어서,
상기 유기실란계 축중합물이 하기 화학식 7의 화합물로부터 생성되는 가수분해물로부터 유도된 구조단위를 더 포함하는 레지스트 하층막용 조성물.
[화학식 7]
[R5O]3Si-Y-Si[OR6]3
(상기 화학식 7에서,
R5 및 R6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C6 알킬기이고, Y는 C6 내지 C30의 아릴렌기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 치환 또는 비치환된 알킬렌기, 주쇄에 방향족 고리, 헤테로 고리, 우레아기 또는 이소시아누레이트기가 포함되어 있는 C1 내지 C20의 알킬렌기, 및 다중결합을 포함하는 C2 내지 C20의 탄화수소기로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.)
 
The method of claim 1,
The composition for resist underlayer film, wherein the organosilane condensation polymer further comprises a structural unit derived from a hydrolyzate produced from the compound represented by the following Formula 7.
(7)
[R 5 O] 3 Si-Y-Si [OR 6 ] 3
(In the above formula (7)
R 5 and R 6 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C6 alkyl group, Y is a C6 to C30 arylene group, C1 to C20 straight or branched substituted or unsubstituted alkylene group, an aromatic ring in the main chain , C1 to C20 alkylene group containing a hetero ring, urea group or isocyanurate group, and C2 to C20 hydrocarbon group including a multiple bond.
제4항에 있어서,
상기 화학식 7의 화합물로부터 생성되는 가수분해물이 하기 화학식 8의 화합물인 레지스트 하층막용 조성물.
[화학식 8]
[HO]d[R5O](3-d)Si-Y-Si[OH]e[OR5](3-e)
(상기 화학식 8에서,
R5, R6, 및 Y는 제4항에서 정의한 바와 같으며, d와 e는 각각 독립적으로 0 보다 크고 3의 범위에 있는 수이다.)
 
5. The method of claim 4,
A composition for resist underlayer film wherein the hydrolyzate produced from the compound of Formula 7 is a compound of Formula 8.
[Chemical Formula 8]
[HO] d [R 5 O] (3-d) Si-Y-Si [OH] e [OR 5 ] (3-e)
(In the formula (8)
R 5 , R 6 , and Y are as defined in claim 4, wherein d and e are each independently a number greater than 0 and in the range of 3.)
제4항에 있어서,
상기 화학식 7의 화합물은 화학식 1 내지 3의 화합물 총량 100 중량부에 대하여 5 내지 400 중량부로 더 포함하는 레지스트 하층막용 조성물.
 
5. The method of claim 4,
The compound of Formula 7 is a composition for a resist underlayer film further comprises 5 to 400 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of compounds of Formulas 1 to 3.
제1항에 있어서,
상기 가수분해물은 유기실란계 축중합물 형성을 위한 화합물인 화학식 1 내지 3의 화합물을 질산, 황산, 염산, 불산, 브롬산, 요오드산, p-톨루엔 술폰산 수화물, 2,4,4,6-테트라브로모시클로헥사디엔온, 벤조인 토실레이트, 2-니트로벤질 토실레이트, 디에틸설페이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 산 촉매 하에서 가수분해 하여 제조되는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 1,
The hydrolyzate is a compound for the formation of the organosilane condensation product is a compound of formula 1 to 3 nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodic acid, p-toluene sulfonic acid hydrate, 2,4,4,6-tetra A composition for a resist underlayer film which is prepared by hydrolysis under an acid catalyst selected from the group consisting of bromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, diethyl sulfate, and combinations thereof.
제7항에 있어서,
상기 유기실란계 축중합물 형성을 위한 화합물이 하기 화학식 7의 화합물을 더 포함하는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
[화학식 7]
[R5O]3Si-Y-Si[OR6]3
(상기 화학식 7에서, R5, R6, 및 Y는 제4항에서 정의한 바와 같다)
 
The method of claim 7, wherein
The compound for forming the organosilane-based polycondensation composition further comprises a compound of the formula (7).
(7)
[R 5 O] 3 Si-Y-Si [OR 6 ] 3
(In Formula 7, R 5 , R 6 , and Y are as defined in claim 4)
제7항에 있어서,
상기 산 촉매는 화학식 1 내지 3의 화합물의 총량 100 중량부에 대하여 0.001 내지 10 중량부의 양으로 사용되는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 7, wherein
The acid catalyst is a composition for resist underlayer film which is used in an amount of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the compound of Formulas 1 to 3.
제7항에 있어서,
상기 가수분해는 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 디에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트, 에틸 락테이트, δ-부티로락톤, 디메틸에테르, 디부틸에테르, 메탄올, 에탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 반응용매 중에서 실시되는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 7, wherein
The hydrolysis is acetone, tetrahydrofuran, benzene, toluene, diethyl ether, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol propyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene Resist underlayer which is carried out in a reaction solvent selected from the group consisting of glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, ethyl lactate, δ-butyrolactone, dimethyl ether, dibutyl ether, methanol, ethanol and combinations thereof Membrane composition.
제1항에 있어서,
상기 유기실란계 축중합물은 중량 평균 분자량이 2,000 내지 50,000 범위인 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 1,
The organosilane-based condensation polymer is a composition for resist underlayer film having a weight average molecular weight of 2,000 to 50,000 range.
제1항에 있어서,
상기 유기실란계 축중합물은 레지스트 하층막용 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 50 중량부 포함되는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 1,
The organosilane-based condensation polymer is 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition for a resist underlayer film composition for a resist underlayer film.
제1항에 있어서,
상기 용매가 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 디에틸에테르, 클로로포름, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르 아세테이트, 에틸 락테이트, δ-부티로락톤, 디메틸에테르, 디부틸에테르, 메탄올, 에탄올 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 1,
The solvent is acetone, tetrahydrofuran, benzene, toluene, diethyl ether, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol ethyl ether, propylene glycol propyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol Ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, ethyl lactate, δ-butyrolactone, dimethyl ether, dibutyl ether, methanol, ethanol and a composition for a resist underlayer film is selected from the group consisting of these.
제1항에 있어서,
상기 레지스트 하층막용 조성물은 가교제, 라디칼 안정제, 계면활성제, pH조절제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함하는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 1,
The resist underlayer film composition further comprises an additive selected from the group consisting of a crosslinking agent, a radical stabilizer, a surfactant, a pH adjusting agent and a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 레지스트 하층막용 조성물은 피리디늄 p-톨루엔 술포네이트, 아미도설포베타인-16, 암모늄(-)-캠퍼-10-술폰산염, 암모늄포메이트, 알킬암모늄포메이트, 피리디늄포메이트, 알킬암모늄나이트레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함하는 것인 레지스트 하층막용 조성물.
 
The method of claim 1,
The composition for the resist underlayer film is pyridinium p-toluene sulfonate, amidosulfobetaine-16, ammonium (-)-camphor-10-sulfonate, ammonium formate, alkylammonium formate, pyridinium formate, alkylammonium nitrite The composition for a resist underlayer film further comprising an additive selected from the group consisting of a rate and a combination thereof.
(a) 기판 상에 재료층을 제공하는 단계; 
(b) 상기 재료층 위에 유기물로 이루어진 제 1 레지스트 하층막을 형성하는 단계; 
(c) 상기 제 1 레지스트 하층막 위에 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 따른 레지스트 하층막용 조성물을 스핀-온-코팅하여 제 2 레지스트 하층막을 형성하는 단계; 
(d) 상기 제 2 레지스트 하층막 위에 방사선-민감성 이미지화 층을 형성하는 단계; 
(e) 상기 방사선-민감성 이미지화 층을 패턴 방식으로 방사선에 노출시킴으로써 상기 방사선-민감성 이미지화 층 내에서 방사선-노출된 영역의 패턴을 생성시키는 단계;
(f) 상기 방사선-민감성 이미지화 층 및 상기 제 2 레지스트 하층막의 부분을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 레지스트 하층막의 부분을 노출시키는 단계;
(g) 패턴화된 제 2 레지스트 하층막 및 상기 제 1 레지스트 하층막의 부분을 선택적으로 제거하여 재료층의 부분을 노출시키는 단계; 및 
(h) 제 1 레지스트 하층막을 마스크로 하여 재료층의 노출된 부분을 에칭함으로써 패턴화된 재료 형상을 형성시키는 단계
를 포함하는 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법.
 
(a) providing a layer of material on the substrate;
(b) forming a first resist underlayer film made of an organic material on the material layer;
(c) forming a second resist underlayer film by spin-on-coating the composition for resist underlayer film according to any one of claims 1 to 15 on the first resist underlayer film;
(d) forming a radiation-sensitive imaging layer over said second resist underlayer;
(e) generating a pattern of radiation-exposed regions within the radiation-sensitive imaging layer by exposing the radiation-sensitive imaging layer to radiation in a patterned manner;
(f) selectively removing portions of the radiation-sensitive imaging layer and the second resist underlayer film to expose portions of the first resist underlayer film;
(g) selectively removing portions of the patterned second resist underlayer film and portions of the first resist underlayer film to expose portions of the material layer; And
(h) forming a patterned material shape by etching the exposed portion of the material layer using the first resist underlayer film as a mask;
Method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising a.
제16항에 있어서,
상기 (c) 제 2 레지스트 하층막 형성 단계는, 레지스트 하층막용 조성물을 스핀-온-코팅한 후 100 내지 400 ℃에서 열처리하여 실시되는 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법.
 
17. The method of claim 16,
Wherein (c) the second resist underlayer film forming step is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device is carried out by spin-on-coating the composition for a resist underlayer film followed by heat treatment at 100 to 400 ℃.
제16항에 있어서,
상기 (c) 제 2 레지스트 하층막 형성 단계 후 형성된 제 2 레지스트 하층막 위에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 집적회로 디바이스의 제조방법.
 
17. The method of claim 16,
And (c) forming an anti-reflection film on the second resist underlayer film formed after the step of forming the second resist underlayer film.
제16항에 따른 제조방법에 의해 형성되는 반도체 집적회로 디바이스.A semiconductor integrated circuit device formed by the manufacturing method according to claim 16.
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