KR100298128B1

KR100298128B1 - 알루미늄 박막의 제조에 전구체로 유용한 디메틸알루미늄 하이드라이드의 점도 저하 방법

Info

Publication number: KR100298128B1
Application number: KR1019980013602A
Authority: KR
Inventors: 이시우; 이정현; 윤종호
Original assignee: 정명식; 학교법인 포항공과대학교
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2001-08-07
Also published as: KR19990080379A

Abstract

본 발명은 알루미늄 박막의 제조에 전구체로 유용한 디메틸알루미늄 하이드라이드(dimethyl aluminum hydride, DMAH)의 점도 저하 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 액상 디메틸알루미늄 하이드라이드에 포스핀을 첨가함으로써 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도를 현저히 저하시키는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 디메틸알루미늄 하이드라이드 혼합 용액은 유기금속 화학 증착법에 의한 박막의 제조에 있어 유기금속 전구체(metal-organic precursor)로 사용될 경우 버블러형 전구체 이송 시스템에서의 버블링 효과가 뛰어날 뿐 아니라 직접 액체 주입형 이송 시스템에의 적용이 용이하고 단위 시간당 증기화되는 디메틸알루미늄 하이드라이드 양이 증가되어 알루미늄 박막의 대량생산에 유용하다.

Description

알루미늄 박막의 제조에 전구체로 유용한 디메틸알루미늄 하이드라이드의 점도 저하 방법{METHOD OF DECREASING VISCOSITY OF DIMETHYLALUMINUM HYDRIDE WHICH IS USEFUL AS PRECURSOR IN PREPRATION OF ALUMINUM THIN MEMBRANE}

본 발명은 알루미늄 박막의 제조에 전구체로 유용한 디메틸알루미늄 하이드라이드(dimethyl aluminum hydride; DMAH)의 점도 저하 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 액상 디메틸알루미늄 하이드라이드에 포스핀을 첨가함(이하, 얻어진 용액은 "혼합 용액"이라 함)으로써 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도를 현저히 저하시키는 방법에 관한 것이다.

알루미늄 박막은 반도체 소자의 제조시 전기회로를 구성하는 배선 공정에 사용되는 중요한 소재이다. 현재 주로 사용되고 있는 알루미늄 박막은 물리증착법(PVD; physical vapor deposition)에 따라 제조된 것으로, 층덮힘(step coverage) 특성이 저조하여 그 사용에 한계점을 가지고 있다.

이러한 물리 증착법을 대체할 새로운 알루미늄 박막의 제조 공정으로 유기금속 전구체를 이용한 알루미늄 유기금속 화학 증착법이 주목받고 있다.

한편 화학 증착법은 반응물을 자체의 증기압을 이용하거나 운반 기체에 실어서 기체 상태로 반응기 내부로 도입하여 기상에서의 확산, 표면 흡착, 표면 반응, 표면 확산, 핵생성, 박막 성장, 탈착 등의 일련의 복합적인 과정을 통하여 원하는 성분과 형태의 박막을 주어진 기판위에 제조하는 공정이다. 최근에는 유기금속 전구체를 원료로 이용하여 금속 또는 유전체 물질 등을 포함하는 다수의 박막의 제조 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 중 일부 공정은 반도체 소자의 대량 생산을 위한 산업화에 적용되는 단계에까지 이른 것으로 알려지고 있다.

유기금속 화학 증착법에 있어 유기금속 전구체의 선정은 매우 중요한데, 현재 알루미늄 박막의 제조에 유망한 것으로 공지된 유기금속 전구체로는 디메틸알루미늄 하이드라이드가 있다. 디메틸알루미늄 하이드라이드는 상온에서 증기압이 2.2 torr로 상대적으로 높고 상온에서 액체이며 또한 상당히 안정한 것으로 알려지고 있다.

또한 디메틸알루미늄 하이드라이드는 증기상태에서는 하기 화학식 1의 이량체와 하기 화학식 2의 삼량체로 구성되고 액체 상태에서는 적어도 삼량체 이상으로 구성되는 것으로 추정된다.

디메틸알루미늄 하이드라이드는 분자들의 분자간 결합(intermolecular association) 경향이 매우 강하고 이러한 분자간 결합 경향으로 인해 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체는 점도가 매우 높은 것으로 알려지고 있다. 본 발명자들이 디지털 점도계(digital viscometer)를 이용하여 상온에서 측정하여 확인한 바에 따르면 디메틸알루미늄 하이드라이드의 점도는 6,400 cp(centi poise)으로, 이는 버블러(bubbler) 형 및 직접 액체 주입 방법(direct liquid injection) 형 전구체 증기 이송 시스템에 적용되는 구리 증착용 전구체인 구리(헥사플루오로아세틸아세토산염)트리메틸비닐실란[Cu(hexafluoroacetylacetonate)trimethylvinylsilane; (hfac)Cu(VTMS)]의 점도가 3 내지 5 cp임에 비추어 볼 때 매우 높은 값임을 알 수 있다.

이와 같은 높은 점도로 인해 디메틸알루미늄 하이드라이드는 버블러를 이용한 증기 이송 시스템에 적용될 경우 버블러 내에서 운반 기체의 버블링 효율을 매우 저하시켜 디메틸알루미늄 하이드라이드 증기의 반응기내로의 도입이 매우 어렵고 결국 버블러 형을 이용한 알루미늄 박막의 대량 생산이 어려우며, 직접 액체 주입 방법에도 적용하기 어려운 단점이 있다.

카와사키 스틸사(Kawasaki Steel Co., 일본)는 버블러의 고안을 개선하여 버블링 효율을 향상시키는 방법을 개발한 바 있으나(미국특허공보 제 5,552,181 호), 이 경우는 버블러 형 전구체 증기 이송 시스템에 한정되는 것이고 디메틸알루미늄 하이드라이드 원액을 직접 액체 주입 방법에는 사용할 수 없다는 문제점이 여전히 남는다.

따라서, 디메틸알루미늄 하이드라이드를 유기금속 전구체로 사용하여 알루미늄 박막을 제조함에 있어서는 먼저 디메틸알루미늄 하이드라이드의 점도를 감소시키는 방법이 절실히 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 버블러 형 및 직접 액체 주입 방법 형의 전구체 증기 이송 시스템 모두에 적용할 수 있도록 디메틸알루미늄 하이드라이드의 점도를 저하시키고 더 나아가 알루미늄 박막을 대량생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 디에틸페닐포스핀(■)과 트리벤질포스핀(●)의 첨가량에 따른 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도를 나타내는 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 액상 디메틸알루미늄 하이드라이드에 포스핀을 0.1 내지 5 몰%로 첨가하여 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도를 저하시키는 방법을 제공한다.

상기 포스핀 화합물로는 알킬, 아릴, 아릴알킬이 치환된 포스핀이 사용될 수 있으며, 하기 화학식 3의 디에틸페닐포스핀과 하기 화학식 4의 트리벤질포스핀이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 포스핀은 비공유 전자쌍을 가지고 있어 디메틸알루미늄 하이드라이드와 배위함으로써 디메틸알루미늄 하이드라이드의 분자간 결합을 방지하여 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도를 획기적으로 낮추는 작용을 한다. 본 발명에 따라 얻은 상기 혼합용액의 기화 온도는 20 내지 100℃ 이고 바람직하게는 20 내지 30℃ 범위이며, 증기압은 2.2 내지 30 torr 이다.

상기 혼합용액을 유기금속 전구체로 사용하여 통상적인 방법에 따라 기판위에 화학증착시켜 알루미늄 박막을 제조할 수 있다. 상기 증착 공정은 50 내지 400℃에서, 1.9x10^-5내지 1.9 psi의 압력하에서 수행할 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나 본 발명이 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

액상 디메틸알루미늄 하이드라이드에 디에틸페닐포스핀을 0.88, 1.58, 2.23 및 2.67 몰%로 각각 가하여 혼합 용액을 제조하고, 이 혼합용액의 점도를 디지털 점도계(RVTDV-1, Brookfield 사)를 이용하여 상온에서 측정하였다. 이때, 대조구로는 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체를 사용하였다.

그 결과는 도 1과 같다. 도 1에서 보는 바와 같이, 대조구인 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도는 6,400cp인데 비해, 디에틸페닐포스핀을 2.67 몰%로 첨가한 혼합용액의 경우에는 점도가 50cp까지 낮아짐을 알 수 있다.

실시예 2

디에틸페닐포스핀 대신에 트리벤질포스핀을 0.08, 0.16, 0.24 및 0.37 몰%로 각각 가한다는 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 혼합용액의 점도를 측정하였다.

그 결과는 도 1과 같다. 도 1에서 보는 바와 같이, 트리벤질포스핀을 0.37 몰%로 첨가한 혼합용액의 경우에는 점도가 60cp까지 낮아짐을 알 수 있다.

본 발명의 방법은 액상 디메틸알루미늄 하이드라이드에 소량의 포스핀을 첨가함으로써 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도를 현저하게 저하시키는 것으로, 본 발명에 따라 얻어진 디메틸알루미늄 하이드라이드 혼합 용액은 유기금속 화학 증착법에 의한 박막의 제조에 있어 유기금속 전구체로 사용될 경우 버블러형 전구체 이송 시스템에서 버블링 효과가 뛰어날 뿐 아니라 직접 액체 주입형 이송 시스템에도 용이하게 사용할 수 있고 단위 시간당 증기화되는 디메틸알루미늄 하이드라이드 양이 증가되어 알루미늄 박막의 대량생산에 매우 유용하다.

Claims

액상 디메틸알루미늄 하이드라이드에 트리벤질포스핀을 0.1 내지 5 몰%로 첨가하여 디메틸알루미늄 하이드라이드 액체의 점도를 저하시키는 방법.