KR100439444B1 - 제 4 아족 원소의 착화합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기상 증착(CVD)-기술에 사용하기 위해 개선된 전구 조합물을 생성하기 위한 제 4 아족 또는 제 5 아족 원소의 새로운 착화합물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 착화합물은 α위치의 양성자를 갖는 알콕시드 리간드를 필요로 하지 않기 때문에, 상기 착화합물의 가수분해에 의해 더 이상 환원제가 방출되지 않게 된다.

Description

제 4 아족 원소의 착화합물{COMPLEX COMPOUND OF AN ELEMENT OF SUB-GROUP IV}
US 5 820 664에는 전구 조합물들이 공지되어있다. 예컨대 SrBi2Ta2O9(SBT)의 CVD 증착을 위해 [Ta(OiPr)4thd]을 갖는 전구 조합물 (6번째 컬럼; 42행 참조)이 사용되며, 상기 전구 조합물에는 α위치의 양성자를 갖는 알콕시드 리간드를 포함하는 Ta-착화합물이 존재하므로, 잠재적 환원제 (상응하는 케톤을 형성)가 존재한다.
안정적인 Bi2O3증착 비율을 얻기 위해 전구체 Bi(Ph)3가 Bi(thd)3로 대체된다 (Intergrated Ferroelectrics에 관한 국제 심포지움에서의 강연, F. Hintermaier 외, Monterey, CA, USA, 1998 참조). 그러나 Bi(thd)3는 환원제의 존재하에 쉽게 금속으로 환원된다. 따라서, 가수분해에 의해 전구체[Ta(OiPr)4thd]로부터 HOiPr이 유리되고, 상기 HOiPr은 환원제로서 작용하거나, 반응식
Ta(OiPr)4thd + Bi(thd)3-> Ta(thd)2(OiPr)3+ Bi(thd)2(OiPr)
에 에 따른 리간드 교환 반응에서 Bi(thd)2(OiPr)을 형성하며, 상기 Bi(thd)2(OiPr)의 내부 산화 환원 반응에서 Bi3+금속 이온이 환원되어 원소 비스무트를 유리시킨다.
본 발명은 화학 기상 증착(CVD)-기술에 사용하기 위해 개선된 전구체 및/또는 전구 조합물을 생성하기 위한 제 4 아족 또는 제 5 아족 원소의 새로운 착화합물에 관한 것이다. CVD-반응의 시작시 증발되는 혼합물(예컨대 금속 착물 또는 전구체 및 용매)을 전구 조합물이라 한다.
본 발명의 목적은 전구체로서 적합하고, Bi3+전구체를 사용한 CVD 증착시 안정적으로 유지되고/유지되거나 리간드 교환 반응의 경우 CVD 기술의 반응 조건하에서 열안정성 부산물의 형성을 촉진하며, 비스무트가 계속 산화된 형태로 존재하는 착화합물을 제공하는 데에 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라 착화합물 형성제로서 α위치의 양성자가 없는 알콕시드 및 매우 부피가 큰 리간드를 가진, 청구항 제 1항에 따른 착화합물을 통해 달성된다.
본 발명은 다음과 같은 일반식에 따른 착화합물을 제공한다.
M (L)x(R3C-O-)y-x
상기 식에서 M은 주기율표의 제 4 아족 또는 제 5 아족의 안정적인 중심 원자이고,
L은 β-디케톤산염(β-케티민산염 및/또는 β-디이민산염)이고,
(R3C-O-)는 알콕시드 리간드를 나타내며, 여기서 R은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖는 알킬기이며, 상기 알킬기는 분지형 또는 선형이고, 치환되거나 치환되지 않고/않거나 착화될 수 있다.
x는 0이 아니며, 1 내지 4이고,
y는 0이 아니며, 중심 원자의 산화 상태에 따라 2, 3, 4 또는 5이다.
또한 본 발명은 강유전층, 상유전층 및 유전상수(ε)가 높은 층의 증착을 위한 상기 착화합물의 용도를 제공한다.
마지막으로 본 발명은 전구체로서 새로운 착화합물을 함유하는 전구 조합물이다.
바람직하게는 착화합물의 중심 원자로서 탄탈 또는 니오븀이 사용된다.
바람직하게는 알콕시드 리간드상의 3차기로서 3차 부틸기 및/또는 3차 펜틸기가 사용된다.
한 가지 유리한 구체예에 있어서, 부피가 큰 리간드로서 thd, 즉, 2,2,6,6 테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트가 사용된다.
또 다른 유리한 구체예에 있어서, 4개의 알콕시드 리간드 및 하나의 (thd)-리간드가 착화합물의 중심 원자에 결합된다.
"착화합물의 안정적인 중심 원자"라 함은, 방사성 붕괴되지 않는 가장 풍부한 동위원소를 지닌 주기율표의 원소를 말한다. 바람직하게는 Ti, Zr, Hf, V, Nb 및 Ta로 구성된 군으로부터 선택된 금속이다. 특히 Ta를 사용하는 것이 바람직하다.
알콕시드 리간드라 함은 알코올기의 산소 원자에 의해 결합되는, 다음과 같은 일반식을 갖는 알코올레이트 리간드를 말한다.
-O-CR3
상기 식에서, R은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖는 알킬기이며, 상기 알킬기는 분지형 또는 선형이고, 치환되거나 치환되지 않고/않거나 착화될 수 있다. 예컨대, 알코올레이트 리간드가 중심 원자에 대해 추가로 도너(공여체) 기능을 수행할 수 있는 에테르, 아민 및/또는 설파이드기를 함유하는 것이 유리하다.
특히 다음과 같은 일반식을 갖는 알콕시드 리간드를 사용하는 것이 바람직하다.
-O-C(CH3)3-n[(CH2)m-CH3]n
상기 식에서, n은 0 내지 3이고, m은 0 내지 3이다.
바람직하게는 β-디케토네이트, β-케티미네이트 및 β-디이미네이트의 유도체가 사용된다.
바람직하게는 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트가 사용된다. 다른 바람직한 리간드로는 예컨대 아세틸아세토네이트(acac); 헥사플루오로펜탄디오네이트(hfac); 1,1,1-트리플루오로-2, 4-펜탄디오네이트(tfac); 6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트; 2,2,7-트리메틸-3,5-옥탄디오네이트; 1,1,1,5,5,6,6,7,7,7-데카플루오로-2,4-헵탄디오네이트; 및 마지막으로 1,1,1-트리플루오로-6-메틸-2,4-디오네이트가 있다.
착화합물의 제조는 다음 예에 기재된 유형의 리간드 교환 반응에 의해 수행된다.
예컨대 Ta(thd)p(OMe)5-p(p는 1 내지 4의 값을 취할 수 있음)와 같은 저탄탈-알콕시드을 출발물질로 한다. 상기 물질을 벤젠을 첨가하면서 삼차 부틸알코올 또는 펜틸알코올과 같은 알코올에 용해시키고, 환류시키는 동시에 유리되는 알코올, 여기서는 메탄올을 증류시킨다 (착화합물의 방향으로 평형을 이동시키기 위해).
전구체로서의 착화합물 Ta(thd)(OtBu)4는 Bi(thd)3와의 반응시에 반응하여 열에 안정적인 화합물 Bi(thd)a(OtBu)b(이 때 a 및 b는 각각 값 1 또는 2를 취할 수 있음)을 형성한다는 장점을 갖는다. 또한 상황에 따라 발생하는 가수분해시 α위치의 양성자를 갖지 않고, 따라서 환원제로서 작용하지 않는 알코올인 tBuOH가 방출된다.
Ta(thd)(OtBu)4는 Ta(thd)(OiPr)4와 유사한 증발 특성을 갖는데, 이는 상기 두 화합물이 유사한 분자량을 갖기 때문이다.
SBT의 증착을 위한 전구 조합물로서 본 발명에 따라 예컨대 다음과 같은 화합물이 제공된다 (여기서, 피엠데타는 펜타메틸디에틸렌트리아민을 의미하고, 테트라글라임은 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르를 의미한다):
- Sr(thd)2(피엠데타) 또는 Sr(thd)2(테트라글라임)
- Bi(thd)3및
- Ta(thd)(OtBu)4또는 Ta(thd)(OtPe)4
그러나 기술한 착화합물, 특히 탄탈의 착화합물이 SBT의 증착에만 쓰이는 것은 아니다. 오히려 금속 산화물을 기재로 하는 박막의 CVD 증착을 위해 일반적으로 사용될 수 있다.
상기와 같은 박막은 예컨대 다이내믹 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 및 강유전성 랜덤 액세스 메모리(FeRAM)를 위한 메모리 기술에 사용된다.
이러한 맥락에서 차세대 DRAM에서 유전체로서 사용될 탄탈 펜톡사이드의 증착을 위해 본 발명의 착화합물을 사용하는 것도 고려된다.

Claims (9)

  1. 하기 화합물을 포함하는 SrBi2Ta2O9(SBT)의 증착을 위한 전구 조합물:
    Sr(thd)2(피엠데타) 또는 Sr(thd)2(테트라글라임);
    Bi(thd)3; 및
    Ta(thd)(OtBu)4또는 Ta(thd)(OtPe)4
    상기 화합물에서, thd는 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트를 나타내고, 피엠데타는 펜타메틸디에틸렌트리아민을 나타내고, 테트라글라임은 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르를 나타낸다.
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