JP2023512674A - シリコン前駆体化合物、これを含むシリコン含有膜形成用組成物及びシリコン含有膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
本願は、シリコン前駆体化合物、前記シリコン前駆体化合物の製造方法、前記シリコン前駆体化合物を含むシリコン含有膜形成用前駆体組成物、及び前記前駆体組成物を利用するシリコン含有膜の形成方法に関する。
Description
本願は、シリコン前駆体化合物、上記シリコン前駆体化合物の製造方法、上記シリコン前駆体化合物を含むシリコン含有膜形成用前駆体組成物、及び上記前駆体組成物を利用するシリコン含有膜の形成方法に関する。
シリコン含有膜、例えばシリコン(silicon)酸化膜(oxide)、窒化膜(nitride)、酸窒化膜(oxynitride)、及び炭窒化膜(carbonitride)は、半導体(DRAM、Flash Memory、ReRAM、PCRAMなど)だけでなく、非半導体(Logic)のようなマイクロエレクトロニクス素子の駆動において必ず必要な薄膜の1つである。また、ディスプレイ分野においても、酸化薄膜トランジスタ(Oxide Thin Film Transistor、OTFT)を含む平板ディスプレイ(Flat Panel Display)、及び太陽電池(Solar Cell)分野、有機発光素子(Organic Light Emitting Diodes、OLED)にシリコン含有膜が使用されている。メモリ素子には、誘電膜、ゲート絶縁膜、トンネリング酸化膜、スペーサ酸化膜、ILD&IMD、パッシベーション(passivation)酸化膜などにシリコン含有酸化薄膜が使用されており、拡散マスク、ゲートスペーサ、ゲート誘電膜、Etch Stopper、ストレッサ、パッシベーションなどにシリコン含有窒化薄膜が使用されている。ディスプレイ分野においては、ゲート誘電膜、層間誘電膜、絶縁膜、水分浸透防止膜など様々な薄膜層にシリコン含有酸化薄膜/窒化薄膜などが利用されている。特に、シリコン含有酸化薄膜の場合、このような薄膜を製造するための工程においては、応用分野によって極低温を求めるダブルパターニング(double patterning、DPT)、クワドルプルパターニング(quardruple patterning、QPT)、3D NANDのゲートシーリング(gate sealing)酸化膜工程から、高温で進行されるゲート酸化膜、3D NANDのスリット(slit)酸化膜の場合のように様々な工程条件によって様々な膜質のシリコン含有酸化膜を求めており、各工程に使用されているシリコン前駆体は、物理的、化学的特性に応じて様々な前駆体が使用されている。
膜形成に必要なシリコン化合物気体と反応気体を順次に供給する原子層蒸着法(atomic layer deposition、ALD)を使用してシリコン含有膜を形成すれば、凹凸が激しい表面にも均一な厚さのシリコン含有膜を形成することができる。プラズマを使用した原子層蒸着法を使用すれば、低温でもシリコン含有膜を形成することができる。原子層蒸着法の気体供給周期当たりの膜成長(膜成長速度、growth-per-cycle;GPC)が速いシリコン前駆体化合物を使用すれば、ALD装備において単位時間当たりに半導体又はディスプレイ基板をより多く処理することができ、よって、必要とされるALD装備の数を最少化することができる。
本願は、シリコン前駆体化合物、上記シリコン前駆体化合物の製造方法、上記シリコン前駆体化合物を含むシリコン含有膜形成用前駆体組成物、及び上記前駆体組成物を利用するシリコン含有膜の形成方法を提供することを目的としている。
特に、本願は、原料及び反応気体を順次に供給する原子層蒸着法において気体供給周期当たりの膜成長が速いシリコン含有膜形成方法を提供する。また、本願の具現例に係るシリコン含有膜形成方法に使用するのに有利な新規なシリコン化合物とその製造方法、並びにこの新規なシリコン化合物を含む前駆体組成物を提供する。
しかし、本願が解決しようとする課題は、上記に言及した課題に限定されるものではなく、言及されていない他の課題は、以下の記載から通常の技術者にとって明確に理解できるはずである。
本願の第1の側面は、下記化学式Iで表される、シリコン前駆体化合物を提供する:
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
当該化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか;又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、
R1及びR2が当該環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み、
R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み、
但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
当該化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか;又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、
R1及びR2が当該環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み、
R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み、
但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の第2の側面は、(a)下記反応式1-1、下記反応式1-2、又は下記反応式1-3から選択される式によりハライドアミン置換反応させてXSiH2N(SiR3R4R5)2を得て;及び(b)当該XSiH2N(SiR3R4R5)2を下記反応式2-1、下記反応式2-2、又は下記反応式2-3から選択される式によりハライドアミン置換反応させて下記化学式Iによるシリコン前駆体化合物を得ることを含む、下記化学式Iによるシリコン前駆体化合物の製造方法を提供する:
[反応式1-1]
H2SiX2+M1-N(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+M1X;
[反応式1-2]
H2SiX2+2HN(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HN(SiR3R4R5)2;
[反応式1-3]
H2SiX2+HN(SiR3R4R5)2+NEt3→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[反応式2-1]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+M2-NR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+M2X;
[反応式2-2]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+2HNR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HNR1R2;
[反応式2-3]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+HNR1R2+NEt3→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
当該反応式1-1乃至当該反応式1-3、当該反応式2-1乃至当該反応式2-3、及び当該化学式1において、M1及びM2は、それぞれ独立に、Li、Na、又はKで、Xはハロゲン元素であり、R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか;あるいは互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が当該環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み、但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[反応式1-1]
H2SiX2+M1-N(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+M1X;
[反応式1-2]
H2SiX2+2HN(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HN(SiR3R4R5)2;
[反応式1-3]
H2SiX2+HN(SiR3R4R5)2+NEt3→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[反応式2-1]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+M2-NR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+M2X;
[反応式2-2]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+2HNR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HNR1R2;
[反応式2-3]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+HNR1R2+NEt3→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
当該反応式1-1乃至当該反応式1-3、当該反応式2-1乃至当該反応式2-3、及び当該化学式1において、M1及びM2は、それぞれ独立に、Li、Na、又はKで、Xはハロゲン元素であり、R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか;あるいは互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が当該環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み、但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の第3の側面は、第1の側面に係るシリコン前駆体化合物を含む、シリコン含有膜形成用前駆体組成物を提供する。
本願の第4の側面は、第1の側面に係るシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成することを含む、シリコン含有膜形成方法を提供する。
本願の具現例に係るシリコン前駆体化合物を使用することによってシリコン含有膜を形成することができる。特に、既存に知られているシリコン化合物を使用する場合に比べて、酸素(O2)気体を使用するプラズマ原子層蒸着法においてシリコン酸化膜を遥かに速く成長させることができる。原子層蒸着法の気体供給周期当たりの膜成長(growth-per-cycle)が速いシリコン前駆体化合物を使用すれば、ALD装備において単位時間当たりに半導体又はディスプレイ基板をより多く処理することができ、よって、必要とされるALD装備の数を最少化することができる。
本願のシリコン前駆体化合物を利用した薄膜蒸着方法は、シリコン前駆体化合物を使用して原子層蒸着法により基板上にシリコン含有酸化薄膜又は窒化薄膜を蒸着することである。このように、原子層蒸着法を利用してシリコン含有酸化薄膜又は窒化薄膜を蒸着すれば、蒸着時の工程温度を下げることができ、薄膜の厚さ及び組成を正確に制御することができるため、複雑な形状の基板においても優れた被覆性を有する薄膜を蒸着し、その薄膜の膜厚均一度及び物性を向上させることができる。
本願のシリコン前駆体化合物を利用した薄膜蒸着方法は、メモリ素子、ロジッグ素子、ディスプレイ素子、OLED素子の製造に使用することができる。
以下では、添付した図面を参照しながら、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本願の具現例及び実施例を詳しく説明する。ところが、本願は様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する具現例及び実施例に限定されるものではない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明とは関係ない部分は省略しており、明細書全体に亘って類似した部分に対しては類似した図面符号を付けている。
本願の明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているという場合、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。
本願の明細書全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているという場合、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけでなく、両部材の間にまた他の部材が存在する場合も含む。
本願の明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
本明細書において使用される程度の用語「約」、「実質的に」などは、言及された意味に固有の製造及び物質許容誤差が提示される場合、その数値で、又はその数値に近接した意味として使用され、本願の理解を助けるために正確あるいは絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用することを防止するために使用される。
本願の明細書全体において使用される程度の用語「~(する)ステップ」又は「~のステップ」は、「~のためのステップ」を意味するものではない。
本願の明細書全体において、マーカッシュ形式の表現に含まれた「これらの組み合わせ(たち)」の用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群より選択される1つ以上の混合又は組み合わせを意味するものであり、上記構成要素からなる群より選択される1つ以上を含むことを意味する。
本願の明細書全体において、「A及び/又はB」の記載は、「A又はB、あるいはA及びB」を意味する。
本願の明細書全体において、「アルキル」又は「アルキル基」という用語は、1~12個の炭素原子、1~10個の炭素原子、1~8個の炭素原子、又は1~5個の炭素原子を有する線状又は分枝状のアルキル基、及びこれらの全ての可能な異性質体を含む。例えば、上記アルキル又はアルキル基は、メチル基(Me)、エチル基(Et)、n-プロピル基(nPr)、iso-プロピル基(iPr)、n-ブチル基(nBu)、iso-ブチル基(iBu)、tert-ブチル基(tert-Bu、tBu)、sec-ブチル基(sec-Bu、secBu)、n-ペンチル基(nPe)、iso-ペンチル基(isoPe)、sec-ペンチル基(secPe)、tert-ペンチル基(tPe)、neo-ペンチル基(neoPe)、3-ペンチル基、n-ヘキシル基、iso-ヘキシル基、ヘプチル基、4,4-ジメチルペンチル基、オクチル基、2,2,4-トリメチルペンチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、及びこれらの異性質体などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
本願の明細書全体において、「膜」という用語は、「膜」又は「薄膜」を意味する。
以下では、本願の具現例を詳しく説明するが、本願がこれに限定されるものではない。
本願の第1の側面は、下記化学式Iで表される、シリコン前駆体化合物を提供する:
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、R1及びR2は、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-NR1R2は、ジメチルアミノ基(Me2N-)、エチルメチルアミノ基(EtMeN-)、ジエチルアミノ基(Et2N-)、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式1で表されても良い:
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であって、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であって、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、-NR1R2は、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)であっても良い。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式2で表されても良い:
[化学式2]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式2において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式2]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式2において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の第2の側面は、(a)下記反応式1-1、下記反応式1-2、又は下記反応式1-3から選択される式によりハライドアミン置換反応させてXSiH2N(SiR3R4R5)2を得て;及び(b)上記XSiH2N(SiR3R4R5)2を下記反応式2-1、下記反応式2-2、又は下記反応式2-3から選択される式によりハライドアミン置換反応させて下記化学式Iによるシリコン前駆体化合物を得ることを含む、下記化学式Iによるシリコン前駆体化合物の製造方法を提供する:
[反応式1-1]
H2SiX2+M1-N(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+M1X;
[反応式1-2]
H2SiX2+2HN(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HN(SiR3R4R5)2;
[反応式1-3]
H2SiX2+HN(SiR3R4R5)2+NEt3→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[反応式2-1]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+M2-NR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+M2X;
[反応式2-2]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+2HNR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HNR1R2;
[反応式2-3]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+HNR1R2+NEt3→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記反応式1-1乃至上記反応式1-3、上記反応式2-1乃至上記反応式2-3、及び上記化学式1において、M1及びM2は、それぞれ独立に、Li、Na、又はKで、Xはハロゲン元素であり、R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか;あるいは互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[反応式1-1]
H2SiX2+M1-N(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+M1X;
[反応式1-2]
H2SiX2+2HN(SiR3R4R5)2→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HN(SiR3R4R5)2;
[反応式1-3]
H2SiX2+HN(SiR3R4R5)2+NEt3→XSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[反応式2-1]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+M2-NR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+M2X;
[反応式2-2]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+2HNR1R2→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・HNR1R2;
[反応式2-3]
XSiH2N(SiR3R4R5)2+HNR1R2+NEt3→R1R2NSiH2N(SiR3R4R5)2+HX・NEt3;
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記反応式1-1乃至上記反応式1-3、上記反応式2-1乃至上記反応式2-3、及び上記化学式1において、M1及びM2は、それぞれ独立に、Li、Na、又はKで、Xはハロゲン元素であり、R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか;あるいは互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の第1の側面と重複する部分については詳細な説明を省略しているが、本願の第1の側面について説明した内容は、本願の第2の側面においてその説明が省略されているとしても同様に適用され得る。
本願の一具現例において、R1及びR2は、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含んでいても良い。
本願の一具現例において、-NR1R2は、ジメチルアミノ基(Me2N-)、エチルメチルアミノ基(EtMeN-)、ジエチルアミノ基(Et2N-)、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-NR1R2は、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)であっても良い。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(n-Pr)、-SiHMe(iso-Pr)、-SiHEt2、-SiHEt(n-Pr)、-SiHEt(iso-Pr)、-SiH(n-Pr)2、-SiH(n-Pr)(iso-Pr)、又は-SiH(iso-Pr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記化学式Iで表されるシリコン前駆体化合物は、上記反応式1-1で示すように、X=Clの場合、ジクロロシラン(H2SiCl2)化合物に1次反応として低温で1当量内外の金属シリルアミン塩(M1-N(SiR3R4R5)、M1:Li、Na、又はK)を添加した後、常温を維持しながらハライドとアミンを置換反応させ、その後、反応副産物を金属ハライド塩の形態でフィルタを介して除去し、上記反応式2-1で示すように、2次反応として低温で1当量内外の金属アミン塩(M2-NR1R2、M:Li、Na、又はK)を添加した後、常温を維持しながらハライドとアミンを置換反応させ、その後、反応副産物を金属ハライド塩の形態でフィルタを介して除去し、合成しても良い。しかし、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、アミノ基のアルカリ金属塩の代わりにアミンを過量使用するか、トリエチルアミン(NEt3)のような3次アミンを使用しても良い。具体的に、上記反応式1-1の代わりに上記反応式1-2又は上記反応式1-2によって上記シリコン前駆体化合物を製造しても良く、上記反応式2-1の代わりに上記反応式2-2又は上記反応式2-3によって上記シリコン前駆体化合物を製造しても良い。しかし、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記反応に使用される溶媒は、上記(a)では非極性を有するペンタン、ヘキサン、オクタンなど炭素数5~8のアルカン類、あるいは弱い極性を有するトルエンを使用しても良く、ヘキサンを使用する方が、沸点が78℃で安定的なため、選択されることが好ましい。
本願の一具現例において、下記化学式4で表される化合物は、下記反応式Aで示すように、非極性溶媒であるヘキサン溶媒下において1次反応としてジクロロシラン(SiH2Cl2)とリチウム(テトラメチルジシリル)アミン塩と低温で反応させてClとアミンを置換反応させ、その後、2次反応として低温でリチウムピペリジン塩と反応させてもう1つのClをアミンと置換反応させた後、濾過及び減圧蒸留により下記化学式4のシリコン前駆体(テトラメチルジシリル)アミノピペリジニルシランを製造する。リチウム(テトラメチルジシリル)アミン塩とリチウムピペリジン塩は、それぞれn-BuLiとテトラメチルジシラザン、n-BuLiとピペリジンを非極性溶媒であるヘキサン下において低温で反応させることで製造する。反応式Aの1次及び2次反応の生成物である塩(LiCl)及び未反応SiH2Cl2などを安全に除去し、反応途中の湿気又は酸素などによる分解反応を抑制するために、窒素(N2)又はアルゴン(Ar)気流下において反応を進めることが好ましい。しかし、これに限定されるものではない。
本願の第3の側面は、第1の側面に係るシリコン前駆体化合物を含む、シリコン含有膜形成用前駆体組成物を提供する。
本願の第1の側面及び第2の側面と重複する部分については詳細な説明を省略しているが、本願の第1の側面及び第2の側面について説明した内容は、本願の第3の側面においてその説明が省略されているとしても同様に適用され得る。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式Iで表されても良い:
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、R1及びR2は、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-NR1R2は、ジメチルアミノ基(Me2N-)、エチルメチルアミノ基(EtMeN-)、ジエチルアミノ基(Et2N-)、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式1で表されても良い:
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であって、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であって、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、-NR1R2は、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)であっても良い。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式2で表されても良い:
[化学式2]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式2において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式2]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式2において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記膜は、シリコン含有酸化膜又は薄膜、シリコン含有窒化膜又は薄膜、シリコン含有炭化膜又は薄膜、シリコン含有酸窒化膜又は薄膜、及びシリコン含有炭窒化膜又は薄膜より選択される1つ以上であっても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、上記膜は、シリコン酸化膜であっても良い。特に、本願の一具現例において、上記化学式2で表されるシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成する場合、シリコン酸化膜を形成しても良い。
本願の一具現例において、上記膜形成用前駆体組成物は、アンモニア、窒素、ヒドラジン、及びジメチルヒドラジンより選択される1つ以上の窒素源をさらに含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記膜形成用前駆体組成物は、水蒸気、酸素、及びオゾンより選択される1つ以上の酸素源をさらに含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の第4の側面は、第1の側面に係るシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成することを含む、シリコン含有膜形成方法を提供する。
本願の第1の側面乃至第3の側面と重複する部分については詳細な説明を省略しているが、本願の第1の側面乃至第3の側面について説明した内容は、本願の第4の側面においてその説明が省略されているとしても同様に適用され得る。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式Iで表されても良い:
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式I]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式Iにおいて、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含むか、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含み、R1及びR2が上記環状アルキル基の場合、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、R1及びR2は、それぞれ独立に、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、又は互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-NR1R2は、ジメチルアミノ基(Me2N-)、エチルメチルアミノ基(EtMeN-)、ジエチルアミノ基(Et2N-)、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式1で表されても良い:
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であって、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であって、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、-NR1R2は、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)であっても良い。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物は、下記化学式2で表されても良い:
[化学式2]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式2において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
[化学式2]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
上記化学式2において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含み;R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。
本願の一具現例において、R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含んでいても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、-SiR3R4R5は、-SiHMe2であっても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、シリコン含有酸化膜又は薄膜、シリコン含有窒化膜又は薄膜、シリコン含有炭化膜又は薄膜、シリコン含有酸窒化膜又は薄膜、及びシリコン含有炭窒化膜又は薄膜より選択される1つ以上であっても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜であっても良い。特に、本願の一具現例において、上記化学式2で表されるシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成する場合、シリコン酸化膜を形成しても良い。
本願の具現例において、上記シリコン含有膜形成方法によれば、約1.8Å/cycle以上の気体供給周期当たりの膜成長(膜成長速度、GPC)を達成することができる。例えば、上記シリコン含有膜形成方法によれば、約1.8Å/cycle以上、約1.9Å/cycle以上、又は約2Å/cycle以上の膜成長速度を達成することができる。
本願の具現例において、上記シリコン含有酸化膜又は薄膜、上記シリコン含有窒化膜又は薄膜及び/又は上記シリコン含有炭化膜又は薄膜などは、誘電膜、ゲート絶縁膜、トンネリング酸化膜、スペーサ酸化膜、ILD&IMD、及び/又はパッシベーション(Passivation)酸化膜などにシリコン含有酸化薄膜が使用されており、拡散マスク、ゲートスペーサ、ゲート誘電膜、エッチングストッパ(Etch Stopper)、ストレッサ、及び/又はパッシベーションなどにシリコン含有窒化薄膜が使用されていて、その適用用途に応じて様々に応用されても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、化学気相蒸着法(CVD)又は原子層蒸着法(ALD)により蒸着されても良いが、これに限定されるものではない。上記シリコン含有膜は、有機金属化学気相蒸着法(MOCVD)又は原子層蒸着法(ALD)により蒸着されても良いが、これに限定されるものではない。また、上記化学気相蒸着法又は原子層蒸着法は、本技術分野において公知の蒸着装置、蒸着条件、及び追加反応気体などを利用して行われても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記膜を蒸着する際、シリコン含有酸化膜や複合金属シリコン含有酸化膜(HfSiOx、ZrSiOx、TiSiOx、HfAlOx、ZrAlSiOx、TiAlSiOx、ZrHfSiOx、ZrHfAlSiOx、SiC、SiCO、又はSiONなど)を形成するために、反応ガスとして水蒸気(H2O)、酸素(O2)、酸素プラズマ(O2 Plasma)、酸化窒素(NO、N2O)、酸化窒素プラズマ(N2O Plasma)、窒化酸素(N2O2)、過酸化水素水(H2O2)、及びオゾン(O3)から1つ以上を使用することが好ましい。
本願の一具現例において、上記膜を蒸着する際、シリコン含有窒化膜(SiN)や複合金属窒化膜(HfSiNx、ZrSiNx、TiSiNx、AlSiNx、HfAlSiNx、ZrAlSiNx、TiAlSiNx、HfZrAlSiNx、HfZrTiSiNx、TiAlSiNx、SiCN、SiOCN、又はSiBNなど)を蒸着するために、反応ガスとしてアンモニア(NH3)、アンモニアプラズマ(NH3 Plasma)、ヒドラジン(N2H4)、及び窒素プラズマ(N2 Plasma)から1つ以上を使用することが好ましい。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、約100℃~約300℃の温度範囲で形成されても良いが、これに限定されるものではない。例えば、上記シリコン含有膜は、約100℃~約300℃、約100℃~約250℃、約100℃~約200℃、約100℃~約150℃、約100℃~約125℃、約125℃~約300℃、約125℃~約250℃、約125℃~約200℃、約125℃~約150℃、約150℃~約300℃、約150℃~約250℃、約150℃~約200℃、約200℃~約300℃、約200℃~約250℃、又は約250℃~約300℃の温度範囲で形成されても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、約100℃~約300℃、又は約100℃~約250℃の温度範囲で形成されても良い。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、約1nm~約500nmの厚さ範囲で形成されても良いが、適用用途に応じて様々に応用されても良く、これに限定されるものではない。例えば、上記シリコン含有膜は、約1nm~約500nm、約1nm~約400nm、約1nm~約300nm、約1nm~約200nm、約1nm~約100nm、約1nm~約50nm、約1nm~約40nm、約1nm~約30nm、約1nm~約20nm、約1nm~約10nm、約10nm~約500nm、約10nm~約400nm、約10nm~約300nm、約10nm~約200nm、約10nm~約100nm、約10nm~約50nm、約10nm~約40nm、約10nm~約30nm、約10nm~約20nm、約20nm~約500nm、約20nm~約400nm、約20nm~約300nm、約20nm~約200nm、約20nm~約100nm、約20nm~約50nm、約20nm~約40nm、約20nm~約30nm、約30nm~約500nm、約30nm~約400nm、約30nm~約300nm、約30nm~約200nm、約30nm~約100nm、約30nm~約50nm、約30nm~約40nm、約40nm~約500nm、約40nm~約400nm、約40nm~約300nm、約40nm~約200nm、約40nm~約100nm、約40nm~約50nm、約50nm~約500nm、約50nm~約400nm、約50nm~約300nm、約50nm~約200nm、約50nm~約100nm、約100nm~約500nm、約100nm~約400nm、約100nm~約300nm、約100nm~約200nm、約200m~約500nm、約200nm~約400nm、約200nm~約300nm、約300nm~約500nm、約300nm~約400nm、又は約400nm~約500nmの厚さ範囲で形成されても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、通常のシリコン半導体ウェハ、化合物半導体ウェハ、及びプラスチック基板(PI、PET、PES、及びPEN)より選択される1つ以上の基材上に形成されても良いが、これに限定されるものではない。また、 孔や溝のある基材を使用しても良く、表面積の広い多孔質の基材を使用しても良いが、これに限定されるものではない。さらに、互いに異なる2種類以上の基材が接触又は連結されている基材に同時にあるいは順次に基材全体又は一部に対して上記シリコン含有膜が形成されても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、縦横比が約1以上で、幅が約1μm以下である凹凸を1つ以上含む基材上に形成されても良いが、これに限定されるものではない。本願の一具現例において、上記シリコン含有膜は、縦横比が約1~約80で、幅が約1nm~約1μmである凹凸を含む基材上に形成されても良いが、これに限定されるものではない。例えば、上記縦横比は、約1以上、約5以上、約10以上、約20以上、約30以上、約40以上、約50以上、約60以上、約70以上、又は約1~約80、約1~約70、約1~約60、約1~約50、約1~約40、約1~約30、約1~約20、約1~約10、約10~約80、約10~約70、約10~約60、約10~約50、約10~約40、約10~約30、約10~約20、約20~約80、約20~約70、約20~約60、約20~約50、約20~約40、約20~約30、約30~約80、約30~約70、約30~約60、約30~約50、約30~約40、約40~約80、約40~約70、約40~約60、約40~約50、約50~約80、約50~約70、約50~約60、約60~約80、約60~約70、又は約70~約80であっても良いが、これに限定されるものではない。また、例えば、上記幅は、約1nm~約1μm、約1nm~約900nm、約1nm~約800nm、約1nm~約700nm、約1nm~約600nm、約1nm~約500nm、約1nm~約400nm、約1nm~約300nm、約1nm~約200nm、約1nm~約100nm、約1nm~約90nm、約1nm~約80nm、約1nm~約70nm、約1nm~約60nm、約1~約50nm、約1nm~約40nm、約1nm~約30nm、約1nm~約20nm、約1nm~約10nm、約10nm~約1μm、約10nm~約900nm、約10nm~約800nm、約10nm~約700nm、約10nm~約600nm、約10nm~約500nm、約10nm~約400nm、約10nm~約300nm、約10nm~約200nm、約10nm~約100nm、約10nm~約90nm、約10nm~約80nm、約10nm~約70nm、約10nm~約60nm、約10~約50nm、約10nm~約40nm、約10nm~約30nm、約10nm~約20nm、約20nm~約1μm、約20nm~約900nm、約20nm~約800nm、約20nm~約700nm、約20nm~約600nm、約20nm~約500nm、約20nm~約400nm、約20nm~約300nm、約20nm~約200nm、約20nm~約100nm、約20nm~約90nm、約20nm~約80nm、約20nm~約70nm、約20nm~約60nm、約20~約50nm、約20nm~約40nm、約20nm~約30nm、約30nm~約1μm、約30nm~約900nm、約30nm~約800nm、約30nm~約700nm、約30nm~約600nm、約30nm~約500nm、約30nm~約400nm、約30nm~約300nm、約30nm~約200nm、約30nm~約100nm、約30nm~約90nm、約30nm~約80nm、約30nm~約70nm、約30nm~約60nm、約30~約50nm、約30nm~約40nm、約40nm~約1μm、約40nm~約900nm、約40nm~約800nm、約40nm~約700nm、約40nm~約600nm、約40nm~約500nm、約40nm~約400nm、約40nm~約300nm、約40nm~約200nm、約40nm~約100nm、約40nm~約90nm、約40nm~約80nm、約40nm~約70nm、約40nm~約60nm、約40~約50nm、約50nm~約1μm、約50nm~約900nm、約50nm~約800nm、約50nm~約700nm、約50nm~約600nm、約50nm~約500nm、約50nm~約400nm、約50nm~約300nm、約50nm~約200nm、約50nm~約100nm、約50nm~約90nm、約50nm~約80nm、約50nm~約70nm、約50nm~約60nm、約100nm~約1μm、約100nm~約900nm、約100nm~約800nm、約100nm~約700nm、約100nm~約600nm、約100nm~約500nm、約100nm~約400nm、約100nm~約300nm、約100nm~約200nm、約200nm~約1μm、約200nm~約900nm、約200nm~約800nm、約200nm~約700nm、約200nm~約600nm、約200nm~約500nm、約200nm~約400nm、約200nm~約300nm、約300nm~約1μm、約300nm~約900nm、約300nm~約800nm、約300nm~約700nm、約300nm~約600nm、約300nm~約500nm、約300nm~約400nm、約400nm~約1μm、約400nm~約900nm、約400nm~約800nm、約400nm~約700nm、約400nm~約600nm、約400nm~約500nm、約500nm~約1μm、約500nm~約900nm、約500nm~約800nm、約500nm~約700nm、約500nm~約600nm、約600nm~約1μm、約600nm~約900nm、約600nm~約800nm、約600nm~約700nm、約700nm~約1μm、約700nm~約900nm、約700nm~約800nm、約800nm~約1μm、約800nm~約900nm、又は約900nm~約1μmであっても良いが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜形成方法は、蒸着チャンバ内に位置した基材にシリコン含有酸化薄膜形成用又は窒化薄膜形成用前駆体組成物を気体の状態で供給し、シリコン含有酸化膜又は薄膜、あるいは窒化膜又は薄膜などを形成することを含んでいるが、これに限定されるものではない。上記膜の蒸着方法は、本願の技術分野において公知の方法、装置などを利用しても良く、必要に応じて1つ以上の追加反応気体を共に利用して行われても良い。
本願の具現例において、上記膜形成用前駆体組成物に含まれる本願のシリコン前駆体化合物は、高い蒸気圧、低い密度、及び高い熱安定性に起因し、原子層蒸着法又は化学気相蒸着法の前駆体として使用されてシリコン含有膜を形成することができ、特に、表面にパターン(溝)がある基材や多孔性基材、プラスチック基材上にも約100℃~約300℃の広い温度範囲で数nm~数十μm、又は約1nm~約500nmの厚さのシリコン含有酸化膜又は薄膜、あるいは窒化膜又は薄膜を均一に形成できるという優れた効果を有する。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜形成方法は、反応チャンバ内に基材を収容した後、搬送ガス又は希釈ガスを使用して上記シリコン前駆体化合物を上記基材上に移送し、約100℃~約300℃の広範囲の蒸着温度でシリコン含有酸化薄膜又は窒化薄膜を蒸着することが好ましい。ここで、上記広範囲の蒸着温度で上記シリコン含有膜を形成できることは、メモリ素子、ロジッグ素子、及びディスプレイ素子に適用可能な工程温度を広く確張し、様々な分野への適用可能性が高い。また、シリコン含有酸化膜、窒化膜、又は炭化膜などそれぞれのフィルム特性が異なっているため、広い温度範囲で使用可能なシリコン前駆体化合物が必要となり、約100℃~約300℃の広い蒸着温度範囲で蒸着が行われることが好ましい。ところが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記シリコン含有膜形成方法は、上記搬送ガス又は希釈ガスとしてアルゴン(Ar)、窒素(N2)、ヘリウム(He)、及び水素(H2)より選択される1つ以上の混合ガスを使用することが好ましい。また、上記シリコン前駆体化合物を基材上に伝達する方式としては、前駆体を搬送ガスを利用して強制的に気化させるバブリング(Bubbling)方式、常温で液状で供給し気化器を介して気化させる液状供給方式(Liquid Delivery System、LDS)、及び前駆体の蒸気圧を利用して直接供給する気体流量コントローラ(Vapor Flow Controller、VFC)方式を含む様々な供給方式が適用されても良く、最も好ましくは、上記シリコン前駆体化合物の蒸気圧が高い場合は、VFC方法を使用することができ、上記シリコン前駆体化合物を液状に供給して気化器で、これを気化させチャンバ内に供給する場合は、LDS方式、上記シリコン前駆体の蒸気圧が低い場合は、容器を加熱して気化させるVFC方式が使用されることができる。最も好ましくは、上記シリコン前駆体化合物を、バブラー容器、LDS容器、又はVFC容器に入れて約0.1torr~約10torrの圧力範囲及び常温~約100℃の温度範囲で搬送ガスを利用するバブリング、LDS又はVFCなどにより高い蒸気圧を利用して搬送し、チャンバ内へ供給する方式が使用されても良い。ところが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記シリコン前駆体化合物を気化させるために、アルゴン(Ar)又は窒素(N2)ガスで搬送したり、熱エネルギー又はプラズマを利用したり、基板上にバイアスを印加することがさらに好ましい。ところが、これに限定されるものではない。
本願の一具現例において、上記シリコン化合物を含む膜形成前駆体組成物を使用し、原子層蒸着法、特に、酸素(O2)気体を使用するプラズマ原子層蒸着法により、シリコン含有酸化膜を遥かに速く成長させることができる。
以下、本願について実施例を参照しながらより具体的に説明するが、下記実施例は本願の理解を助けるために例示するだけであり、本願の内容が下記実施例に限定されるものではない。
<実施例1>ピロリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシランの製造:[(CH2CH2CH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]
5Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)358.49g(2.5M、1.287mol)を無水ヘキサン3,000mLと混合した。テトラメチルジシラザン(1,1,3,3-tetramethyldisilazane)171.62g(1.287mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウム(テトラメチルジシリルアミン)塩溶液にジクロロシラン(dichlorosilane)130g(1.287mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成されたLiCl塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、無色の液体化合物である(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]168g(収率:66%)が得られた。
5Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)358.49g(2.5M、1.287mol)を無水ヘキサン3,000mLと混合した。テトラメチルジシラザン(1,1,3,3-tetramethyldisilazane)171.62g(1.287mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウム(テトラメチルジシリルアミン)塩溶液にジクロロシラン(dichlorosilane)130g(1.287mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成されたLiCl塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、無色の液体化合物である(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]168g(収率:66%)が得られた。
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。ピロリジン(Pyrrolidine)19.77g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウムピロリジン塩溶液に上記過程で回収した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式3で表される無色の液体化合物であるピロリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシラン[(CH2CH2CH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]38g(収率:65%)が得られた。
b.p:32℃ at 0.3torr(210.3℃ at 760mmHg)
1H-NMR(C6D6):δ0.265、0.273(N-Si-CH 3、d、12H)、δ1.502(N-CH2-CH 2、m、4H)、δ2.973(N-CH 2、m、4H)、δ4.827(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.981(Si-H、s、2H)
1H-NMR(C6D6):δ0.265、0.273(N-Si-CH 3、d、12H)、δ1.502(N-CH2-CH 2、m、4H)、δ2.973(N-CH 2、m、4H)、δ4.827(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.981(Si-H、s、2H)
<実施例2>ピペリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシランの製造:[(CH2CH2CH2CH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。ピペリジン(Piperidine)23.66g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウムピペリジン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成されたLiCl塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式4で表される無色の液体化合物であるピペリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシラン[(CH2CH2CH2CH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]47g(収率:75%)が得られた。
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。ピペリジン(Piperidine)23.66g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウムピペリジン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成されたLiCl塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式4で表される無色の液体化合物であるピペリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシラン[(CH2CH2CH2CH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]47g(収率:75%)が得られた。
b.p:36℃ at 0.3torr(221.2℃ at 760mmHg)
1H-NMR(C6D6):δ0.264、0.272(N-Si-CH 3、d、12H)、δ1.335(N-CH2-CH 2、m、4H)、δ1.424(N-CH2-CH2-CH 2、m、2H)、δ2.876(N-CH 2、m、4H)、δ4.819(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.867(Si-H、s、2H)
1H-NMR(C6D6):δ0.264、0.272(N-Si-CH 3、d、12H)、δ1.335(N-CH2-CH 2、m、4H)、δ1.424(N-CH2-CH2-CH 2、m、2H)、δ2.876(N-CH 2、m、4H)、δ4.819(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.867(Si-H、s、2H)
<実施例3>2,6-ジメチルピペリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシランの製造:[{CH(CH3)CH2CH2CH2CH(CH3)N}SiH2{N(SiHMe2)2}]
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。2,6-ジメチルピペリジン(2,6-dimethylpiperidine)31.45g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウム2,6-ジメチルピペリジン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成されたLiCl塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式5で表される無色の液体化合物である2,6-ジメチルピペリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシラン[{CH(CH3)CH2CH2CH2CH(CH3)N}}SiH2{N(SiHMe2)2}]46g(収率:66%)が得られた。
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。2,6-ジメチルピペリジン(2,6-dimethylpiperidine)31.45g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウム2,6-ジメチルピペリジン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成されたLiCl塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式5で表される無色の液体化合物である2,6-ジメチルピペリジニル(テトラメチルジシリル)アミノシラン[{CH(CH3)CH2CH2CH2CH(CH3)N}}SiH2{N(SiHMe2)2}]46g(収率:66%)が得られた。
b.p:55℃ at 0.3torr(244.5℃ at 760mmHg)
1H-NMR(C6D6):δ0.282、0.290(N-Si-CH 3、d、12H)、δ1.220,1.238(N-CH-CH 3、d、6H)、δ1.292、1.329(N-CH-CH 2、m、4H)、δ1.515(N-CH-CH2-CH 2、m、2H)、δ3.365(N-CH、m、2H)、δ4.833(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.902(Si-H、s、2H)
1H-NMR(C6D6):δ0.282、0.290(N-Si-CH 3、d、12H)、δ1.220,1.238(N-CH-CH 3、d、6H)、δ1.292、1.329(N-CH-CH 2、m、4H)、δ1.515(N-CH-CH2-CH 2、m、2H)、δ3.365(N-CH、m、2H)、δ4.833(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.902(Si-H、s、2H)
<実施例4>4-メチルピペラジニル(テトラメチルジシリル)アミノシランの製造:[{CH2CH2N(CH3)CH2CH2N}SiH2{N(SiHMe2)2}]
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。4-メチルピペラジン(4-methylpiperazine)27.84g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウム4-メチルピペラジン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式6で表される無色の液体化合物である4-メチルピペラジニル(テトラメチルジシリル)アミノシラン[{CH2CH2N(CH3)CH2CH2N}}SiH2{N(SiHMe2)2}]46g(収率:70%)が得られた。
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。4-メチルピペラジン(4-methylpiperazine)27.84g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウム4-メチルピペラジン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式6で表される無色の液体化合物である4-メチルピペラジニル(テトラメチルジシリル)アミノシラン[{CH2CH2N(CH3)CH2CH2N}}SiH2{N(SiHMe2)2}]46g(収率:70%)が得られた。
b.p:45℃ at 0.3torr(230.4℃ at 760mmHg)
1H-NMR(C6D6):δ0.250、0.259(N-Si-CH 3、d、12H)、δ2.092(N-CH 3、s、3H)、δ2.132(H3C-N-CH 2、m、4H)、δ2.985(Si-N-CH 2、t、2H)、δ4.804(H3C-Si-H、m、4H)、δ4.858(Si-H、s、2H)
1H-NMR(C6D6):δ0.250、0.259(N-Si-CH 3、d、12H)、δ2.092(N-CH 3、s、3H)、δ2.132(H3C-N-CH 2、m、4H)、δ2.985(Si-N-CH 2、t、2H)、δ4.804(H3C-Si-H、m、4H)、δ4.858(Si-H、s、2H)
<実施例5>モルフォリノ(テトラメチルジシリル)アミノシランの製造:[(CH2CH2OCH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。モルホリン(morpholine)24g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウムモルホリン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式7で表される無色の液体化合物モルフォリノ(テトラメチルジシリル)アミノシラン[(CH2CH2OCH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]24g(収率:35%)が得られた。
1Lの丸底フラスコにおいて、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(n-ヘキサンにおいて、n-BuLi)77.414g(2.5M、0.278mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。モルホリン(morpholine)24g(0.278mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。形成されたリチウムモルホリン塩溶液に、実施例1と同じ方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノクロロシラン[ClSiH2{N(SiHMe2)2}]50g(0.252mol)を-30℃~-20℃で30分間添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸留により除去することで、下記化学式7で表される無色の液体化合物モルフォリノ(テトラメチルジシリル)アミノシラン[(CH2CH2OCH2CH2N)SiH2{N(SiHMe2)2}]24g(収率:35%)が得られた。
b.p:45℃ at 0.3torr(230.4℃ at 760mmHg)
1H-NMR(C6D6):δ0.212、0.221(N-Si-CH 3、d、12H)、δ2.779(N-CH 2、t、4H)、δ3.434(O-CH 2、t、4H)、δ4.754(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.767(Si-H、s、2H)
1H-NMR(C6D6):δ0.212、0.221(N-Si-CH 3、d、12H)、δ2.779(N-CH 2、t、4H)、δ3.434(O-CH 2、t、4H)、δ4.754(H3C-Si-H、m、2H)、δ4.767(Si-H、s、2H)
<実施例6>Me2NSiH2N(SiHMe2)2(TMDMS)の製造
ピロリジンの代わりにジメチルアミンを使用したことを除いては、実施例1と同じ方法で下記化学式で表されるMe2NSiH2N(SiHMe2)2(TMDMS)を製造した。
ピロリジンの代わりにジメチルアミンを使用したことを除いては、実施例1と同じ方法で下記化学式で表されるMe2NSiH2N(SiHMe2)2(TMDMS)を製造した。
<実施例7>EtMeNSiH2N(SiHMe2)2(TMEMS)の製造
ピロリジンの代わりにエチルメチルアミンを使用したことを除いては、実施例1と同じ方法で下記化学式で表されるEtMeNSiH2N(SiHMe2)2(TMEMS)を製造した。
ピロリジンの代わりにエチルメチルアミンを使用したことを除いては、実施例1と同じ方法で下記化学式で表されるEtMeNSiH2N(SiHMe2)2(TMEMS)を製造した。
<実験例1>シリコン前駆体化合物の構造分析
上記した実施例のうち実施例1及び2により製造したシリコン前駆体化合物の構造を分析するために、1H-NMRとFT-IR分析を実施し、その結果を図1及び図2に示した。
上記した実施例のうち実施例1及び2により製造したシリコン前駆体化合物の構造を分析するために、1H-NMRとFT-IR分析を実施し、その結果を図1及び図2に示した。
図1から分かるように、実施例1により製造したシリコン前駆体化合物は、1H-NMR分析の結果、4.827ppmと4.981ppmにおいてSi-H peakが現われることが確認され、図2からも分かるように、RF-IR分析の結果、分子内にあるSi-Hのpeakが強く2158cm-1で現われることが確認された。上記の1H-NMRとFT-IRの分析結果から実施例1の物質であることが確認され、物質の構造から様々な温度範囲でシリコン含有酸化薄膜及び窒化薄膜が形成できる優れた前駆体であることが確認された。
<実験例2>シリコン前駆体化合物の熱的特性分析
上記した実施例のうち実施例1及び2により製造したシリコン前駆体化合物の基礎熱特性を分析するために、TG分析を実施し、その結果を図3に示した。
上記した実施例のうち実施例1及び2により製造したシリコン前駆体化合物の基礎熱特性を分析するために、TG分析を実施し、その結果を図3に示した。
図3から分かるように、実施例1及び2により製造したシリコン前駆体化合物は、何れも原子層蒸着法に適用するのに十分な揮発性を有することが分かる。また、本発明のシリコン前駆体化合物は様々な揮発性を有し、150℃以下、150℃~500℃区間及び500℃以上の様々な温度範囲においてシリコン含有酸化薄膜及び窒化薄膜を形成することのできる優れた前駆体であることが確認された。
<実施例8>本発明のシリコン化合物を前駆体として使用したプラズマ原子層の蒸着
実施例1及び実施例2の方法により製造したシリコン前駆体化合物と実施例6及び7により製造したTMDMS、TMEMSを使用するプラズマ原子層蒸着法(plasma-enhanced ALD)でシリコン酸化膜を形成した。ALD気体供給周期において酸素O2気体を供給する際に200WのRF電力を印加することでO2プラズマを発生させた。シリコンウエハ片を、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)とを4:1で混合したピラニア(piranha)溶液に10分間浸して取り出した後、薄いHF水溶液に2分間浸して自然酸化膜(native oxide)を除去し、その後、これを基板温度125℃~300℃に加熱した。シリコン前駆体化合物はステンレススチール材質の容器に入れ、実施例1のシリコン化合物は容器温度50℃に、実施例2のシリコン化合物は容器温度60℃に加熱しながら、200sccmの流速を持つアルゴン(Ar)ガスを前駆体化合物の搬送ガスに使用して気化させた。実施例6及び7により製造したTMDMS、TMEMSは、ステンレススチール容器を常温に維持し、同じ流速のAr搬送ガスを使用して気化させた。ALD反応チャンバの工程圧力を1torrに維持しながら、シリコン化合物気体供給3秒-Arパージ10秒-O2プラズマ3秒-Arパージ10秒で構成されたALD気体供給周期を100回繰り返した。楕円計測器(ellipsometer)を使用して、このように形成したシリコン酸化膜の厚さを測定し、ALD気体供給周期当たりのシリコン酸化膜の成長を温度に応じて図4に示した。
実施例1及び実施例2の方法により製造したシリコン前駆体化合物と実施例6及び7により製造したTMDMS、TMEMSを使用するプラズマ原子層蒸着法(plasma-enhanced ALD)でシリコン酸化膜を形成した。ALD気体供給周期において酸素O2気体を供給する際に200WのRF電力を印加することでO2プラズマを発生させた。シリコンウエハ片を、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)とを4:1で混合したピラニア(piranha)溶液に10分間浸して取り出した後、薄いHF水溶液に2分間浸して自然酸化膜(native oxide)を除去し、その後、これを基板温度125℃~300℃に加熱した。シリコン前駆体化合物はステンレススチール材質の容器に入れ、実施例1のシリコン化合物は容器温度50℃に、実施例2のシリコン化合物は容器温度60℃に加熱しながら、200sccmの流速を持つアルゴン(Ar)ガスを前駆体化合物の搬送ガスに使用して気化させた。実施例6及び7により製造したTMDMS、TMEMSは、ステンレススチール容器を常温に維持し、同じ流速のAr搬送ガスを使用して気化させた。ALD反応チャンバの工程圧力を1torrに維持しながら、シリコン化合物気体供給3秒-Arパージ10秒-O2プラズマ3秒-Arパージ10秒で構成されたALD気体供給周期を100回繰り返した。楕円計測器(ellipsometer)を使用して、このように形成したシリコン酸化膜の厚さを測定し、ALD気体供給周期当たりのシリコン酸化膜の成長を温度に応じて図4に示した。
また、既存に知られているALD用シリコン前駆体化合物ジイソプロピルアミノシラン(DIPAS、H3SiNiPr2)、ビス(ジエチルアミノ)シラン[BDEAS、H2Si(NEt2)2]、ビス(t-ブチルアミノ)シラン[BTBAS、H2Si(NHtBu)2]を常温で気化させたことを除いては、プラズマを使用する同じALD方法でシリコン酸化膜を形成し、ALD気体供給周期当たりのシリコン酸化膜の成長を温度に応じて図4に示した。
既存に知られているシリコン前駆体DIPAS、BTBAS、BDEASを使用した場合と比べて、本発明のシリコン化合物を前駆体に使用したALD気体供給周期当たりの膜成長の方が遥かに大きいことが図4から確認された。図4によれば、既存に知られているDIPAS、BTBAS、BDEASを使用することでは達成できなかった1.8Å/cycle以上、1.9Å/cycle以上、2Å/cycle以上のGPCを示すことが分かる。ALD気体供給周期当たりの膜成長が大きければ、ALD装備において単位時間当たりの半導体又はディスプレイ基板をより多く処理することができ、よって、必要とされるALD装備の数を最少化することができるため、本発明のシリコン化合物を使用することで半導体又はディスプレイ素子の製造コストを低減することができる。
上述した本願の説明は例示のためのものであり、本願の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本願の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形可能であるということを理解できるはずである。それゆえ、上記した実施例は全ての面において例示的なものであり、限定的なものではないと理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散して実施されても良く、同様に、分散したものと説明されている構成要素も結合された形態で実施されても良い。
本願の範囲は、上記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導出される全ての変更又は変形された形態が本願の範囲に含まれると解釈されなければならない。
Claims (20)
- 下記化学式1で表される、シリコン前駆体化合物:
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
前記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であり、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;
R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;
但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。 - -NR1R2は、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)を含む、請求項1に記載のシリコン前駆体化合物。
- -SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含む、請求項1に記載のシリコン前駆体化合物。
- 請求項1乃至請求項4のうち何れか一項によるシリコン前駆体化合物を含む、シリコン含有膜形成用前駆体組成物。
- 前記膜は、シリコン含有酸化膜、シリコン含有窒化膜、及びシリコン含有炭化膜より選択される1つ以上である、請求項5に記載のシリコン含有膜形成用前駆体組成物。
- アンモニア、窒素、ヒドラジン、及びジメチルヒドラジンより選択される1つ以上の窒素源をさらに含む、請求項5に記載のシリコン含有膜形成用前駆体組成物。
- 水蒸気、酸素、及びオゾンより選択される1つ以上の酸素源をさらに含む、請求項5に記載のシリコン含有膜形成用前駆体組成物。
- 下記化学式1で表されるシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成することを含む、シリコン含有膜形成方法:
[化学式1]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
前記化学式1において、
R1及びR2は、互いに連結された置換又は非置換のC4-C8環状アルキル基であり、-NR1R2は、窒素を1つ以上含む環状アミノ基を含み;
R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;
但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。 - -NR1R2は、ピロリジン基(pyrrolidine)、ピペリジン基(piperidine)、2,6-ジメチルピペリジン基(2,6-dimethylpiperidine)、4-メチルピペラジン基(4-methylpiperazine)、又はモルホリン基(morpholine)を含む、請求項10に記載のシリコン含有膜形成方法。
- -SiR3R4R5は、-SiHMe2、-SiHMeEt、-SiHMe(nPr)、-SiHMe(isoPr)、-SiHEt2、-SiHEt(nPr)、-SiHEt(isoPr)、-SiH(nPr)2、-SiH(nPr)(isoPr)、又は-SiH(isoPr)2を含む、請求項10に記載のシリコン含有膜形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、シリコン含有酸化膜、シリコン含有窒化膜、及びシリコン含有炭化膜より選択される1つ以上である、請求項10に記載のシリコン含有膜形成方法。
- 下記化学式2で表されるシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成することを含む、シリコン含有膜形成方法であり、
前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜である、シリコン含有膜形成方法。
[化学式2]
R1R2N-SiH2-N(SiR3R4R5)2;
前記化学式2において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基を含み;
R3、R4、及びR5は、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C4アルキル基、又は線状又は分枝状のアルケニル基を含み;
但し、R3、R4、及びR5が全て水素の場合は除く。 - 前記シリコン含有膜は、化学気相蒸着法又は原子層蒸着法により蒸着される、請求項10又は15に記載のシリコン含有膜形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、100℃~300℃の温度範囲で形成される、請求項10又は15に記載のシリコン含有膜形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、1nm~500nmの厚さ範囲で形成される、請求項10又は15に記載のシリコン含有膜形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、縦横比が1以上で、幅が1μm以下である凹凸を1つ以上含む基材上に形成される、請求項10又は15に記載のシリコン含有膜形成方法。
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