JP5524979B2 - アミジン誘導体をリガンドとする新規ゲルマニウム化合物及びその製造方法 - Google Patents

アミジン誘導体をリガンドとする新規ゲルマニウム化合物及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、アミジン誘導体をリガンドとする新規ゲルマニウム化合物及びその製造方法に関し、より詳細には、ゲルマニウム薄膜の製造に前駆体として有用な非対称構造のゲルマニウム化合物の製造方法に関する。
薄膜蒸着工程による薄膜製造において、特に化学蒸着法及び原子層蒸着法は、最近、半導体工程及び様々な分野に適用される薄膜製造技術であり、理想的な薄膜蒸着のためには、低温で容易に蒸着が可能な高純度の前駆体が必要である。特にゲルマニウム前駆体は、シリコンゲルマニウム太陽電池、光学コーティングなどの分野に応用されており、最近、次世代の半導体素子であるGeSbTe(GST)薄膜の製造などの様々な分野に応用されている。
通常、ゲルマニウム及びゲルマニウムを含む薄膜の製造に用いられるゲルマニウム前駆体はゲルマン(GeH)であって、ゲルマンは、標準状態において気体であり毒性が強く、取り扱いが難しいという短所を有しているため、工程に適用するためには安全な装置を必要とする。さらに、CVD法(化学蒸着法)を適用するためには、約500℃以上の蒸着温度を必要とするため、低温工程が要求される半導体工程では使用が困難という短所がある。その他の有機金属系ゲルマニウム前駆体としては、アルキル基(R)、アルコキシ基(OR)、及びシクロペンタジエン基(Cp)などをリガンドとして導入した前駆体が報告されている。しかし、前記の前駆体が導入したリガンドは立体障害が大きいため、室温で固体であるか蒸着時に薄膜が汚染され、薄膜の物性に問題が生じる(Veprek,S.,Glatz,F.,;Knowitschny,R.J.Non−Cryst.Solids 1991,137 and 138,779;Seigi Suh and David M.Hoffman,Inorg.Chem.1996,35,6164−6169;Henry Gerung,Scott D.Bunge,Timothy J.Boyle,C.Jeffrey Brinkerab and Sang M.Han,Chem Commun.,2005 1914−1916)。
米国特許出願公開第2003/0111013号(Oostetrlaken他)は、シリコンゲルマニウム層の蒸着のために、モノ−、ジ−、トリ−、及びテトラクロロゲルマンなどを用いて薄膜を製造した内容を開示しているが、このような化合物は低い温度で分解されるためゲルマニウム蒸着分野に適していない。
韓国特許出願第2007−0042805(キム・チャンギュン他)は、アミノアルコキシドをリガンドとして導入した2価のゲルマニウム化合物の製造方法を開示している。前記の化合物は、約236℃で分解が行われる液体物質であると開示している。
最近注目されている相変化ランダムアクセスメモリ(Phase−change Random Access Memory;PRAM)を製造するためのGeSbTe(GST)薄膜の製造及びこれに関する前駆体に対する特許及び研究が報告されている。国際特許PCT/US2007063830(Hunks他)は、リガンドを導入したゲルマニウム前駆体を用いるGeSbTe(GST)薄膜の蒸着に関して開示しており、韓国特許出願第2004−0112906(ソ・ボムソク他)は、シリルアミノをリガンドとして導入した4価のゲルマニウム前駆体を用いたGeSbTe(GST)薄膜蒸着技術について開示している。
米国特許出願公開第2003/0111013号 韓国特許出願第2007−0042805 国際特許PCT/US2007063830 韓国特許出願第2004−0112906
Veprek,S.,Glatz,F.,;Knowitschny,R.J.Non−Cryst.Solids 1991,137 and 138,779 Seigi Suh and David M.Hoffman,Inorg.Chem.1996,35,6164−6169 Henry Gerung,Scott D.Bunge,Timothy J.Boyle,C.Jeffrey Brinkerab and Sang M.Han,Chem Commun.,2005 1914−1916
本発明者らは、上記のゲルマニウム化合物が有する問題点等を解決するために、ゲルマニウムにアミジン誘導体をリガンドとして導入して非対称構造のゲルマニウム前駆体を合成し、熱安定性が改善され、低い温度で蒸着が可能な新規のゲルマニウム前駆体を開発した。
本発明は、下記化学式1のゲルマニウム化合物に関する。
[化学式1]
前記化学式1中、Y及びYは、互いに独立して、R、NRまたはORから選ばれ、前記R〜Rは、互いに独立して、(C−C)アルキル基である。
本発明によるゲルマニウム化合物は、熱安定性を有するとともに揮発性が高く、ハロゲン成分を含有しないため、有機金属化学気相蒸着法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD)または原子層蒸着法(Atomic Layer Deposition;ALD)によって良質のゲルマニウム薄膜またはゲルマニウムを含む化合物薄膜の製造に有用な前駆体として用いることができる。
本発明において前記Y及びYは、互いに独立して、−N(CH、−N(CH)(CHCH)、−CH、または−C(CHから選ばれてもよく、前記R〜Rは、互いに独立して、メチル、エチル、プロピルまたはtert−ブチルであってもよい。前記Y及びYは、同一のリガンドであってもよいが、Y及びYは互いに異なるリガンドであることがより好ましい。
より具体的に、本発明において前記化学式1のゲルマニウム化合物は、下記構造から選ばれてもよい。
本発明による前記化学式1のゲルマニウム化合物は、中心金属であるゲルマニウムと結合しているアミジンリガンドに、様々な形態の置換体を導入することにより立体障害を調節することができる。従って、分子間の相互作用を減少させ、総分子量を調節する結果、揮発性を増加させることができる。このような構造的な特徴により、本発明によるゲルマニウム化合物は、室温で液体として存在し、ベンゼン、テトラヒドロフラン、トルエンなどのような有機溶媒に対する溶解度が高いだけでなく、揮発性に優れているという長所がある。従って、本発明によるゲルマニウム化合物は、ゲルマニウム薄膜及びゲルマニウムを含む化合物の薄膜を製造するための前駆体として非常に有用に使用することができる。
以下、本発明による上記化学式1のゲルマニウム化合物の製造方法についてより詳細に説明する。本発明による上記化学式1のゲルマニウム化合物の製造方法は、当分野において一般的に用いられる製造方法であって、それに特に限定されないが、本発明では下記の製造方法を提供する。
本発明は、
a)下記化学式3のアルカリ金属塩と化学式4のアルキルカルボジイミド(RNCNR)化合物とを反応させて、下記化学式5の化合物を製造する段階と、
b)前記化学式5の化合物に、ゲルマニウム(II)ハライドと下記化学式6のアルカリ金属塩とを添加して、下記化学式1のゲルマニウム化合物を製造する段階と、
を含んでゲルマニウム化合物を製造することができる。
[化学式3]
[化学式4]
NCNR
[化学式5]
[化学式6]
[化学式1]
上記MまたはMはアルカリ金属であり、Y及びYは、互いに独立して、R、NRまたはORから選ばれ、前記R〜Rは、互いに独立して、(C−C)アルキル基である。
上記化学式1中、Y及びYが同一である場合、化学式1を下記化学式7で示してもよく、下記化学式7は下記の製造方法により製造されてもよい。
本発明は、下記化学式3のアルカリ金属塩と化学式4のアルキルカルボジイミド(RNCNR)化合物とを反応させて下記化学式5の化合物を製造した後、ゲルマニウム(II)ハライドを添加して下記化学式7のゲルマニウム化合物を製造することを特徴とするゲルマニウム化合物の製造方法を提供する。
[化学式3]
[化学式4]
NCNR
[化学式5]
[化学式7]
上記Mはアルカリ金属であり、YはR、NRまたはORから選ばれ、上記R〜Rは、互いに独立して、(C−C)アルキル基である。
より具体的に、上記ゲルマニウム(II)ハライドは、Ge(II)Br、Ge(II)Cl(dioxane)またはGe(II)Iを用いてもよい。
上記M及びMは、互いに独立して、リチウム、ナトリウムまたはカリウムを用いてもよく、リチウムを用いることがより好ましい。また、上記Y及びYは、互いに独立して、−N(CH、−N(CH)(CHCH)、−CHまたは−C(CHを用いてもよい。
また、上記化学式4のアルキルカルボジイミド(RNCNR)の具体的な例としては、1,3−ジイソプロピルカルボジイミドが挙げられる。
上記化学式1においてY及びYが同一のリガンドである場合、本発明によるゲルマニウム化合物は、下記反応式1を含んでもよい。
[反応式1]

上記反応式1においてMはアルカリ金属であり、YはR、NRまたはORから選ばれ、前記R〜Rは、互いに独立して、(C−C)アルキル基であってもよい。
上記反応式1は、具体的に、上記化学式3のアルカリ金属塩2当量と、上記化学式4のアルキルカルボジイミド1当量を低温、例えば−70℃で反応させて上記化学式5の化合物を得てもよい。上記反応は、3〜12時間攪拌することによって行われてもよい。また、Y及びYが同一のリガンドである場合、下記反応式2の反応によって本発明によるゲルマニウム化合物を製造してもよい。
[反応式2]
[化学式7]
上記Y及びYが同一のリガンドである場合、YはYと示してもよく、反応式2に示されたように、化学式3の1当量のアルカリ金属塩(M)を含む有機溶媒に、化学式5の化合物とゲルマニウム(II)ハライド(GeX(dioxane))を添加して、低温、例えば−70℃で反応させ、本発明による前記化学式7のゲルマニウム化合物を製造してもよい。前記ゲルマニウム(II)ハライドを添加し、8〜14時間攪拌することにより反応させてもよい。本発明において用いられる有機溶媒としては、エーテル、ヘキサン、トルエンなどが挙げられ、これらの有機溶媒は、全て公知された方法により水と酸素を除去した後に用いてもよい。前記GeX(dioxane)は、ゲルマニウム(II)ハライドであって、Ge(II)Br、Ge(II)Cl(dioxane)またはGe(II)Iを用いてもよい。
以下、本発明においてY及びYが異なる場合、本発明によるゲルマニウム化合物を製造する方法を具体的に説明する。Y及びY異なる場合、本発明による前記a)段階では下記反応式3を含んでもよい。
[反応式3]
上記反応式3においてM、Y、R及びRは、前述されているため、説明を省略する。具体的に、前記反応式3においては、化学式3のアルカリ金属塩1当量と、前記化学式4のアルキルカルボジイミド1当量を低温、例えば−70℃で反応させて前記化学式5を得てもよく、その後、本発明による前記b)段階は、下記反応式4と反応式5を含んでもよい。
[反応式4]
[反応式5]
上記反応式4及び5におけるMまたはMは、アルカリ金属であり、Y及びYは、互いに独立して、R、NRまたはORから選ばれ、前記R〜Rは、互いに独立して、(C1−C7)アルキル基である。
前記製造された本発明によるゲルマニウム化合物は、室温で液体であり、熱重量分析(Thermo Gravimetric Analysis;TGA)によるTGAグラフでT1/2(温度による重量減少において、試料の重量が原重量の1/2になった際の温度)が140〜190℃であってもよい。前記ゲルマニウム化合物は、核磁気共鳴分光法(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy;NMR)、元素分析法(Elemental Analysis;EA)を通じて構造を確認してもよい。
また、本発明は、基板が装着された反応器に、本発明による前記化学式1のゲルマニウム化合物を注入し、化学気相蒸着法または原子層蒸着法により、ゲルマニウム薄膜を製造することを特徴とするゲルマニウム薄膜の製造方法を提供する。前記化学気相蒸着法または原子層蒸着法は、一般的に用いられる方法を用いてもよく、本発明では前記基板温度が150〜350℃である範囲において薄膜を製造してもよい。前記基板としては、単結晶シリコンまたはその他の半導体基板を用いてもよく、より具体的には、TiN/SiO/Si基板を用いてもよい。
本発明によるゲルマニウム薄膜は、反応ガスを用いてもよいが、用いなくても薄膜蒸着が可能である。反応ガスとしては、酸素、水素、アンモニアガス等が挙げられるが、これに制限されない。反応ガスの流入量は、蒸着薄膜の種類によって異なる。蒸着圧力は、3〜5torrの範囲であってもよいが、特に限定されるものではない。
本発明によるアミジン誘導体を含むゲルマニウム化合物は、非対称構造を有しており、室温で透明な液体状態で存在し、真空蒸留を通じて純粋化合物を容易に得ることができる。また、本発明によるアミジン誘導体を含むゲルマニウム化合物は、熱安定性を有するとともに揮発性が高く、ハロゲン成分を含有しないため、有機金属化学気相蒸着法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD)または原子層蒸着法(Atomic Layer Deposition;ALD)によって低温蒸着が可能なゲルマニウム及びゲルマニウムを含む良質の薄膜製造に有用である。
より具体的に、本発明によるゲルマニウム化合物は、中心金属であるゲルマニウムと結合しているアミジンリガンドに様々な形態の置換体を導入することにより立体障害を調節することができる。従って、分子間の相互作用を減少させ、総分子量を調節する結果、揮発性を増加させることができる。
また、還元剤なしに低い温度で単独で熱分解されるため、ゲルマニウム及びゲルマニウムを含む良質の薄膜を製造するためのゲルマニウム前駆体として有用に用いられることができるという長所がある。
本発明の実施例7と実施例9で蒸着されたゲルマニウム薄膜のX線回折(X−Ray Diffraction;XRD)分析結果を示したものである。 本発明の実施例7と実施例9で蒸着されたゲルマニウム薄膜のX線光電子分光(X−ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)分析結果を示したものである。 実施例7で蒸着されたゲルマニウム薄膜の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)分析結果である。 実施例8で蒸着されたゲルマニウム薄膜の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)分析結果である。 実施例9で蒸着されたゲルマニウム薄膜の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)分析結果である。 実施例1で製造したゲルマニウム化合物のプロトン核磁気共鳴分光H NMR)分析結果である。 実施例3で製造したゲルマニウム化合物のプロトン核磁気共鳴分光H NMR)分析結果である。 実施例4で製造したゲルマニウム化合物のプロトン核磁気共鳴分光H NMR)分析結果である。 実施例1で製造したゲルマニウム化合物の熱重量分析(Thermo Gravimetry Analysis;TGA)及び示差熱分析(Differential Thermal Analysis;DTA)結果を示したグラフである。 実施例3で製造したゲルマニウム化合物の熱重量分析(Thermo Gravimetry Analysis;TGA)及び示差熱分析(Differential Thermal Analysis;DTA)結果を示したグラフである。 実施例5で製造したゲルマニウム化合物の熱重量分析(Thermo Gravimetry Analysis;TGA)及び示差熱分析(Differential Thermal Analysis;DTA)結果を示したグラフである。
本発明は、下記の実施例によってより容易に理解されることができ、下記の実施例は本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明の保護範囲を制限しようとするものではない。
(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の製造
250mlシュレンクフラスコに、無水エーテル60mlとリチウムジメチルアミド(3.40g、66.49mmol)を添加し、−70℃に冷却して溶液Aを製造した。前記溶液Aに、1,3−ジイソプロピルカルボジイミド (4.20g、33.24mmol)をゆっくり滴下し、温度を徐々に室温まで上げた後、4時間攪拌して溶液 Bを製造した。
他の250mlシュレンクフラスコに、ジクロロゲルマニウム−ジオキサン(GeCl(dioxane)7.00g、30.22mmol)と無水エーテル100mlを添加し、−70℃に冷却して溶液Cを製造した。前記ジクロロゲルマニウム−ジオキサン溶液(溶液C)に、前記リチウムジメチルアミドと1,3−ジイソプロピルカルボジイミド反応溶液(溶液B)をゆっくり滴下した後、温度を徐々に室温まで上げて、12時間攪拌した。反応終了後、濾過器を用いて濾過して得られた濾液から溶媒を、室温、真空にて除去し、黄色の液体を得た。その後、前記液体を真空蒸留(89℃/0.1torr)して(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)を無色の液体として得た。
前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の熱重量分析法(Thermo Gravimetric Analysis;TGA)によるT1/2(温度による重量減少において、試料の重量が原重量の1/2になった際の温度)は162℃であった。
前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)のプロトン核磁気共鳴分光(H NMR)分析グラフを下記図4に示し、熱重量分析(TGA)及び示差熱分析(DTA)の結果を示すグラフは下記図7に示した。
H NMR(ppm,C,):1.12(d,12H)、2.31(s,6H)、3.02(s,6H)、3.45(m,2H)
元素分析:C11N4H26Ge{計算値(実測値)}:C,46.04 (45.50);H,9.13(9.32);N,19.52(20.52)
(N,N'−ジイソプロピル−エチルメチルグアニジル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の製造
250mlシュレンクフラスコに、無水n−ヘキサン50mlとエチルメチルアミン(5.62g、94.98mmol)を添加した後、−70℃に冷却して溶液Dを製造した。前記溶液Dに、2.5Mn−ブチルリチウム溶液(38.00ml、94.98mmol)をゆっくり滴下した後、温度を徐々に室温まで上げて、4時間攪拌してリチウムエチルメチルアミド溶液を合成した。前記リチウムエチルメチルアミド溶液を−70℃に冷却した後、1,3−ジイソプロピルカルボジイミド(6.00g、47.50mmol)をゆっくり滴下した後、温度を徐々に室温まで上げて、室温で4時間攪拌して溶液Eを製造した。
他の250mlシュレンクフラスコに、ジクロロゲルマニウム−ジオキサン(7g、30.22mmol)と無水エーテル100mlを添加した後、−70℃に冷却して溶液Fを製造した。前記溶液Fに、リチウムエチルメチルアミドと1,3−ジイソプロピルカルボジイミド反応溶液(溶液E)をゆっくり滴下した後、温度を徐々に室温まで上げて、12時間攪拌して反応させた。反応終了後、濾過器を用いて濾過して得られた濾液から溶媒を、室温、真空にて除去し、黄色の液体を得た。その後、前記液体を真空蒸留(78℃/0.1torr)して(N,N´−ジイソプロピル−エチルメチルグアニジル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)を無色の液体として得た。
前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−エチルメチルグアニジル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の熱重量分析法(Thermo Gravimetric Analysis;TGA)によるT1/2(温度による重量減少において、試料の重量が原重量の1/2になった際の温度)は、175℃であった。
H NMR(ppm,C,):0.79(t,3H)、1.17(d,12H)、1.30(t,3H)、2.31(s,3H)、2.70(q,2H)、3.00(s,3H)、3.36(q,2H)、3.47(m,2H)
(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の製造
250mlシュレンクフラスコに、無水エーテル60mlとリチウムジメチルアミド(1.21g、23.7mmol)を添加した後、−70℃に冷却して溶液Gを製造した。前記溶液Gに1,3−ジイソプロピルカルボジイミド(3.27g、25.90mmol)をゆっくり滴下し、温度を徐々に室温まで上げた後、4時間攪拌して溶液Hを製造した。他の250mlシュレンクフラスコに、ジクロロゲルマニウム−ジオキサン(5.00g、21.6mmol)と無水エーテル100mlを添加して、−70℃に冷却した後、前記リチウムジメチルアミドと1,3−ジイソプロピルカルボジイミド反応溶液(溶液H)をゆっくり滴下し、温度を徐々に室温まで上げた後、12時間攪拌して(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルアミノグアニジル)(クロロ)ゲルマニウムを合成した。
また、リチウムエチルメチルアミド溶液を製造するために、他の250mlシュレンクフラスコに、無水n−ヘキサン50mlとエチルメチルアミン(LiNEtMe)(1.40g、23.70mmol)を添加して、−70℃に冷却した後、2.5Mn−ブチルリチウム溶液(9.48ml、23.70mmol)をゆっくり滴下し、温度を徐々に室温まで上げた後、4時間攪拌してリチウムエチルメチルアミド溶液(溶液I)を合成した。前記(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(クロロ)ゲルマニウムを−70℃に冷却した後、合成されたリチウムエチルメチルアミド溶液(溶液I)をゆっくり滴下し、温度を室温まで上げた後、12時間攪拌して反応させた。
反応後、濾過器を用いて濾過して得られた濾液から溶媒を、室温、真空にて除去し、黄色の液体を得た。その後、前記液体を真空蒸留(112℃/0.1torr)して(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)を黄色液体として得た。
前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の熱重量分析法(Thermo Gravimetric Analysis;TGA)によるT1/2(温度による重量減少において、試料の重量が原重量の1/2になった際の温度)は、166℃であった。前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)のプロトン核磁気共鳴分光H NMR)分析結果を下記図5に示しており、熱重量分析(TGA)及び示差熱分析(DTA)結果を下記図8にグラフで示した。
H NMR(ppm,C,):1.15(d,12H)、1.30(t,3H)、2.29(s,6H)、2.99(s,3H)、3.36(q,2H)、3.47(m,2H)
(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の製造
250mlシュレンクフラスコに、無水エーテル50mlと1,3−ジイソプロピルカルボジイミド(3.3g、25.91mmol)を混合し、−70℃に冷却の後、1.6Mメチルリチウム溶液(15.00ml、23.75mmol)をゆっくり滴下して溶液Jを製造した。前記溶液Jの温度を徐々に室温まで上げ、4時間攪拌してN,N´−ジイソプロピル−メチルアミジルリチウム塩を合成した。他の250mlシュレンクフラスコに、ジクロロゲルマニウム−ジオキサン(7g、30.22mmol)と無水エーテル100mlを混合し、−70℃に冷却してジクロロゲルマニウム溶液を製造した。
前記ジクロロゲルマニウム溶液に、前記N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジルリチウム塩溶液をゆっくり滴下した後、温度を徐々に室温まで上げて、4時間攪拌し、(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(クロロ)ゲルマニウムを合成した。
また、リチウムエチルメチルアミド溶液を製造するために、他の250mlシュレンクフラスコに、無水n−ヘキサン50mlとエチルメチルアミン (1.40g、23.70mmol)を添加した後、−70℃に冷却した。冷却したヘキサンとエチルメチルアミン溶液に、2.5Mn−ブチルリチウム溶液(9.48ml、23.70mmol)をゆっくり滴下した後、温度を徐々に室温まで上げて4時間攪拌し、リチウムエチルメチルアミドを合成した。前記(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(クロロ)ゲルマニウムを−70℃に冷却した後、前記合成されたリチウムエチルメチルアミド溶液をゆっくり滴下し、温度を室温まで上げた後、12時間以上攪拌して反応させた。反応終了後、濾過器を用いて濾過して得られた濾液から溶媒を、室温、真空にて除去し、黄色の液体を得た。その後、前記黄色の液体を真空蒸留(82℃/0.1torr)して(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)を無色の液体として得た。
前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の熱重量分析法(Thermo Gravimetric Analysis;TGA)によるT1/2(温度による重量減少において、試料の重量が原重量の1/2になった際の温度)は、158℃であった。前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(エチルメチルアミノ)ゲルマニウム(II)のプロトン核磁気共鳴分光H NMR)分析結果を下記図6に示した。
H NMR(ppm,C,):1.08(d,12H)、1.26(t,3H)、1.29(s,3H)、3.34(q,2H)、3.34(m,2H)
(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の製造
250mlシュレンクフラスコに、無水エーテル100mlと1,3−ジイソプロピルカルボジイミド(5.99g、47.50mmol)を添加して−70℃に冷却した。前記1,3−ジイソプロピルカルボジイミド溶液に、1.6Mメチルリチウム溶液(29.68ml、47.50ml)をゆっくり滴下し、温度を室温まで上げた後、4時間攪拌してN,N´−ジイソプロピルメチルアミジルリチウム塩を合成した。
他の250mlシュレンクフラスコに、ジクロロゲルマニウム−ジオキサン(10g、43.20mmol)と無水エーテル100mlを添加して−70℃に冷却した後、前記N,N´−ジイソプロピルメチルアミジルリチウム塩をゆっくり滴下し、温度を室温まで上げた後、4時間攪拌して(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(クロロ)ゲルマニウムを合成した。
他の250mlシュレンクフラスコに、無水エーテル100mlとリチウムジメチルアミド(2.42g、46.50mmol)を添加して−70℃に冷却した後、前記(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(クロロ)ゲルマニウムをゆっくり滴下した。前記(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(クロロ)ゲルマニウムを滴下した溶液の温度を室温まで上げ、12時間攪拌して反応させた。反応終了後、濾過器を用いて濾過して得られた濾液から溶媒を、室温、真空にて除去し、黄色の液体を得た。その後、前記黄色の液体を真空蒸留(78℃/0.1torr)して(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)を黄色液体として得た。
前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−メチルアミジル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)の熱重量分析法(Thermo Gravimetric Analysis;TGA)によるT1/2(温度による重量減少において、試料の重量が原重量の1/2になった際の温度)は、154℃であった。前記製造されたゲルマニウム化合物の熱重量分析(TGA)及び示差熱分析(DTA)結果を下記図9にグラフで示した。
H NMR(ppm,C,):1.07(d,12H)、1.30(s,3H)、3.00(s,6H)、3.30(m,2H)
(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(tert−ブチル)ゲルマニウム(II)の製造
250mlシュレンクフラスコに、無水エーテル50mlとリチウムジメチルアミド(2.43g、47.49mmol)を混合して−70℃に冷却した後、前記無水エーテルとリチウムジメチルアミド混合液に、1,3−ジイソプロピルカルボジイミド(6.54g、51.81mmol)をゆっくり滴下し、温度を徐々に室温まで上げて4時間攪拌した。他の250mlシュレンクフラスコに、ジクロロゲルマニウム−ジオキサン(10.00g、43.17mmol)と無水エーテル100mlを混合した後、−70℃に冷却した。前記ジクロロゲルマニウム−ジオキサン溶液に、前記リチウムジメチルアミドと1,3−ジイソプロピルカルボジイミド反応溶液をゆっくり滴下した後、温度を徐々に室温まで上げて12時間攪拌し、(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(クロロ)ゲルマニウムを合成した。
前記(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(クロロ)ゲルマニウムを−70℃に冷却した後、tert−ブチルリチウム溶液(9.50ml、47.49mmol)をゆっくり滴下し、温度を徐々に室温まで上げた後、12時間以上反応させた。反応終了後、濾過器を用いて濾過して得られた濾液から溶媒を、室温、真空にて除去し、黄色の液体を得た。その後、前記黄色の液体を真空蒸留(120℃/0.1torr)して(N,N´−ジイソプロピル−メチルグアニジル)(tert−ブチル)ゲルマニウム(II)を無色の液体として得た。
前記製造された(N,N´−ジイソプロピル−メチルグアニジル)(tert−ブチル)ゲルマニウム(II)の熱重量分析法(Thermo Gravimetric Analysis;TGA)によるT1/2(温度による重量減少において、試料の重量が原重量の1/2になった際の温度)は、170℃であった。
H NMR(ppm,C,):1.11(q,12H)、1.31(s,9H)、2.29(s,6H)、3.51(m,2H)
ゲルマニウム薄膜の蒸着
実施例1で合成した(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)を原料として使用し、アルゴンをキャリアガスとして使用して、有機金属化学気相蒸着法(MOCVD)によりゲルマニウム薄膜を形成した。アルゴンをキャリアガスとして約50sccm使用して、(N,N´−ジイソプロピル−ジメチルグアジニル)(ジメチルアミノ)ゲルマニウム(II)をチャンバー内のTiN/SiO/Si基板に運送した。この際、原料の温度を約60℃に維持して原料の量を調節し、基板の温度を300℃に維持した。蒸着を1時間行い、蒸着圧力は3torrを維持した。
前記蒸着されたゲルマニウム薄膜のX線回折(X−Ray Diffraction;XRD)分析結果を下記図1に示し、X線光電子分光(X−ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)分析結果を下記図2に示し、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)分析結果を下記図3aに示した。薄膜は、約1μmの厚さを示した。
ゲルマニウム薄膜の蒸着
前記実施例7と同様に行うが、基板の温度を250℃に維持した。
また、前記蒸着されたゲルマニウム薄膜の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)分析結果を下記図3bに示した。
ゲルマニウム薄膜の蒸着
前記実施例7と同様に行うが、基板の温度を200℃に維持した。
前記蒸着されたゲルマニウム薄膜のX線回折(X−Ray Diffraction;XRD)分析結果を下記図1に示し、X線光電子分光(X−ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)分析結果を下記図2に示し、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)分析結果を下記図3cに示した。下記図3によると、本発明によるゲルマニウム薄膜は非晶質のゲルマニウム薄膜を形成することが分かり、図2のX線光電子分光(X−ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)分析結果、実施例9においても薄膜が蒸着されることが確認できた。従って、本発明によるゲルマニウム化合物は、200℃の比較的低い温度でも薄膜が蒸着できることが分かる。

Claims (13)

  1. 下記化学式1で表されるゲルマニウム化合物。
    [化学式1]
    (前記化学式1中、Y及びYは、互いに独立して、R またはNR であって、Y 及びY のいずれか一つは必ずNR であり、前記R〜R は、互いに独立して、(C−C)アルキル基である。)
  2. 及びYが、互いに独立して、−N(CH、−N(CH)(CHCH)、−CH、または−C(CHである請求項1に記載のゲルマニウム化合物。
  3. 〜Rが、互いに独立して、メチル、エチル、プロピルまたはtert−ブチルである請求項1に記載のゲルマニウム化合物。
  4. 化学式1が、下記構造から選ばれる請求項2に記載のゲルマニウム化合物。
  5. a)下記化学式3のアルカリ金属塩と化学式4のアルキルカルボジイミド(RNCNR)化合物とを反応させて、下記化学式5の化合物を製造する工程と、
    b)前記化学式5の化合物に、ゲルマニウム(II)ハライドと下記化学式6のアルカリ金属塩とを添加して、下記化学式1のゲルマニウム化合物を製造する工程と、
    を含むゲルマニウム化合物の製造方法。
    [化学式3]

    [化学式4]
    NCNR
    [化学式5]
    [化学式6]

    [化学式1]
    (前記MまたはMはアルカリ金属であり、Y及びYは、互いに独立して、R またはNR であって、Y 及びY のいずれか一つは必ずNR であり、前記R〜R は、互いに独立して、(C−C)アルキル基である。)
  6. 下記化学式3のアルカリ金属塩と化学式4のアルキルカルボジイミド(RNCNR)化合物とを反応させて下記化学式5の化合物を製造した後、ゲルマニウム(II)ハライドを添加して下記化学式7のゲルマニウム化合物を製造することを特徴とするゲルマニウム化合物の製造方法。
    [化学式3]

    [化学式4]
    NCNR
    [化学式5]
    [化学式7]
    (前記Mはアルカリ金属であり、YはR またはNR ら選ばれ、 はNR であり、上記R〜R は、互いに独立して、(C−C)アルキル基である。)
  7. 及びYが、互いに独立して、−N(CH、−N(CH)(CHCH)、−CHまたは−C(CHであり、前記M及びMは、互いに独立して、リチウム、ナトリウムまたはカリウムである請求項5に記載のゲルマニウム化合物の製造方法。
  8. が、−N(CH、−N(CH)(CHCH)、−CHまたは−C(CHであり、前記Mは、リチウム、ナトリウムまたはカリウムである請求項6に記載のゲルマニウム化合物の製造方法。
  9. 前記アルキルカルボジイミドは、1,3−ジイソプロピルカルボジイミドである請求項5又は6に記載のゲルマニウム化合物の製造方法。
  10. 化学式1又は化学式7が、下記構造から選ばれる請求項5又は6に記載のゲルマニウム化合物の製造方法。
  11. ゲルマニウム(II)ハライドが、Ge(II)Br、Ge(II)Cl ioxaneまたはGe(II)Iである請求項5又は6に記載のゲルマニウム化合物の製造方法。
  12. 基板が装着された反応器に、請求項1乃至4の何れか一項に記載のゲルマニウム化合物を注入し、化学気相蒸着法または原子層蒸着法により、ゲルマニウム薄膜を製造することを特徴とするゲルマニウム薄膜の製造方法
  13. 基板温度が150〜350℃であることを特徴とする請求項12に記載のゲルマニウム薄膜の製造方法。
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