KR100554524B1 - 탄탈럼 질화물 선구 물질 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시한 탄탈럼 질화물 선구 물질과 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 탄탈럼 질화물 선구 물질은 열적으로 안정하고 휘발성이 높아 양질의 탄탈럼 질화물 박막을 제조하는 데 유리하게 이용할 수 있다.
<화학식 1>
RN=Ta(NR'2)n(OCR"2CH2NR* 2)3-n
상기 식에서, R은 이소프로필기거나 t-부틸기고, R'은 메틸, 에틸, 이소프로필, t-부틸 또는 알킬실릴 기고, R"은 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬기고, R＊ 는 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬 또는 알킬실릴 기고, n은 0, 1 또는 2다.

Description

탄탈럼 질화물 선구 물질 및 그 제조 방법 {PRECURSORS FOR TANTALUM NITRIDE AND PREPARING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)3의 수소 원자핵 자기공명 (1H NMR) 스펙트럼이고,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)3의 탄소 원자핵 자기공명 (13C NMR) 스펙트럼이고,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)3의 적외선 (IR) 스펙트럼이고,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)3의 열분석 (TG/DTA) 그래프고,
도 5는 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2)의 수소 원자핵 자기공명 (1H NMR) 스펙트럼이고,
도 6은 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2)의 탄소 원자핵 자기공명 (13C NMR) 스펙트럼이고,
도 7은 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2)의 적외선 (IR) 스펙트럼이고,
도 8은 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조한 t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2)의 열분석 (TG/DTA) 그래프고,
도 9는 실시예 3에 따라 t BuN=Ta(dmamp)3(NEt2) 화합물을 사용하여 얻은 박막의 주사 전자 현미경 사진이다.
본 발명은 구리 배선 공정에서 매우 우수한 확산 방지막 특성을 나타내는 탄탈럼 질화물 (TaN)의 새로운 선구 물질에 관한 것이다.
BST (barium strontium titanate) 강유전체 박막을 사용하여 축전기 (capacitor) 를 제조할 때 BST의 유전 특성을 강화하기 위한 산화 과정에서 기존에 널리 사용되는 백금 (Pt) 전극의 경우에는 산소 확산에 의한 산화(oxidation) 또는 규화 (silicidation) 현상이 일어나고 박막 표면이 불균일하여 누설 전류 (leakage current)가 증가한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 백금과 실리콘 사이에 확산 방지막 (diffusion barrier)을 사용하는 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 보고된 연구 결과에 따르면, 확산 방지막의 제조에 사용하는 물질 (예: 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 탄탈럼 질화물 등)은 산소 분위기에서 안정하지만 결정 성장 과정에서 생기는 낟알 경계 (grain boundary)를 통하여 확산한 산소가 실리콘 기질과 반응하여 산화막을 형성한다. 그러므로 화학적으로 비활성이며 결정 구조상으로 낟알 경계가 존재하지 않고 고온까지 그 특성을 유지할 수 있는 금속 방지막 (barrier metal)에 대한 연구가 관심의 대상이 되어 왔다 (Han, C.-H. 등, Jpn. J. Appl. Phys. 1998, 37, 2646). 또, 구리 배선을 반도체 소자의 제조에 적용하기 위해서는 확산 장벽이 반드시 필요한데, 확산 장벽의 대표적인 물질로는 기존의 알루미늄 배선에 사용하는 티타늄 질화물 (TiN) 뿐만 아니라 탄탈럼 (Ta), 텅스텐 (W), 티타늄-텅스텐 (TiW), 크롬 (Cr), 탄탈럼 질화물 (TaN) 등이 알려져 있다. 이 중에서 탄탈럼은 650 ℃까지 열적 안정성을 보이는 것으로 보고되었다.
이 중에서 현재 많이 사용하는 확산 방지막은 티타늄 질화물 (TiN)이나 최근에는 탄탈럼 질화물을 이용한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 탄탈럼 질화물 박막은 현재의 구리 배선 공정에서 매우 우수한 확산 방지막 특성을 나타내므로 차세대 확산 방지막으로서 매우 관심을 끄는 재료다.
한편, 금속 질화물 박막 증착을 위한 선구 물질로는 이미도 리간드 (=NR)를 포함하는 착물들이 널리 알려져 있다. 이러한 이미도 착물의 특징은 금속과 질소 사이의 π-결합에 의해 높은 산화 상태를 가지는 전이금속을 안정화할 수 있다는 점이다 (Nugent, W. A. 등, Metal-Ligand Multiple Bonds; Wiley, New York 1987, Wigley, D. E. in Progress in Inorganic Chemistry; 및 K. D. Karlin, ed., Wiley, New York 1994, Vol. 42). 또 이미도 리간드를 포함하는 금속 착물을 선구 물질로 이용하여 화학 증착법으로 박막을 증착시키는 연구가 이루어지고 있다 (Chiu, H.-T. 등, J. Mater. Sci. Lett. 1992, 11, 96; Chiu, H.-T. 등, J. Mater. Res. 1993, 8, 1353; Winter, C. H. 등, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 1095). Chiu 등은 탄탈럼 질화물의 선구 물질로 (EtN=)Ta(NEt2)3을 이용하여 입방형 (cubic phase)의 탄탈럼 질화막을 성장시켰다 (Chiu, H.-T. 등, Polyhedron 1998, 17, 2187). 이 분자 내에서 탄탈럼과 질소의 이중 결합이 질소의 제공원이다.
지금까지 나온 탄탈럼 질화물 박막을 제조하는 방법을 살펴보면 Gordon과 Hoffman은 200-450 ℃에서 암모니아와 펜타키스디메틸아미도탄탈럼 [Ta(NMe2)5]을 반응시켜 Ta3N5 박막을 제조하였다 (Fix, R. 등, Chem. Mater. 1993, 5, 614). Hieber는 600-1000 ℃에서 암모니아와 염화탄탈럼 (TaCl5)을 반응시켜 Ta3N5 박막을 제조하였다 (Hieber, K. Thin Solid Films 1974, 24, 157). Takahashi는 700-1000 ℃에서 염화탄탈럼과 질소 기체, 수소 기체를 사용하여 화학 증착법으로 TaN 박막을 제조하였다 (Takahashi, T. 등, J. Less-Common Met. 1977, 52, 29). 최근에 Chiu는 500-650 ℃에서 단일 선구 물질인 (Et2N)3Ta(η2-EtN=CMeH)을 이용하여 TaN 박막을 제조하였으며, Sugiyama는 단일 선구 물질인 Ta(NEt2)5으로 TaN 박막을 제조하였다 (Chiu, H.-T. 등, J. Mater. Sci. Lett. 1992, 11, 96; Sugiyama, K. 등, J. Electrochem. Soc. 1975, 122, 1545).
이상과 같이 종래에 알려진 탄탈럼 착화합물들의 장점에도 불구하고 이들의 사용에는 여전히 열적 안정성, 휘발성 및 탄탈럼 질화물 박막의 선택 증착에 문제점이 남아 있다.
본 발명의 목적은 양질의 탄탈럼 질화막을 형성하기 위해 열적으로 안정하고 휘발성이 높은 새로운 탄탈럼 질화물 선구 물질을 제조하고 그 화합물을 이용하여 탄탈럼 질화막을 제조하는 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시한 신규의 탄탈럼 질화물 선구 물질을 제공한다:
RN=Ta(NR'2)n(OCR"2CH2NR* 2)3-n
상기 식에서, R은 이소프로필기거나 t-부틸기고, R'은 메틸, 에틸, 이소프로필, t-부틸 또는 알킬실릴 기고, R"은 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬기고, R＊ 는 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬 또는 알킬실릴 기고, n은 0, 1 또는 2다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1에서, R이 CH(CH3)2 또는 C(CH3)3이고, R'이 CH3, C2H5, CH(CH3)2, C(CH3)3 , Si(CH3)3 또는 Si(C2H5)3이고, R"이 CH3, C2H5, CH(CH3)2 또는 C(CH3)3이고, R＊가 CH3, C2H5, CH(CH3)2, C(CH3)3, Si(CH3)3 또는 Si(C 2H5)3인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시한 화합물은,
(i) 출발 물질로서 하기 화학식 2로 표시한 탄탈럼 착화합물과 화학식 3으로 표시한 알코올 화합물을 비극성 용매에서 반응시켜 얻거나,
(ii) 하기 화학식 4로 표시한 탄탈럼 출발 물질과 화학식 5로 표시한 리튬 디알킬아미드를 반응시켜 화학식 6으로 표시한 중간 물질을 얻고 이 화합물과 화학식 7로 표시한 화학식 3 알코올의 알칼리금속염을 반응시켜 얻거나,
(iii) 화학식 4로 표시한 화합물을 먼저 화학식 7로 표시한 화합물과 반응시켜 화학식 8로 표시한 화합물을 얻고 이를 화학식 5의 리튬 디알킬아미드와 반응시켜 얻을 수 있다.
RN=Ta(NR'2)3
HOCR"2CH2NR* 2
RN=TaCl3ㆍ2py
LiNR'2
RN=Ta(NR'2)nCl(3-n)
MOCR"2CH2NR* 2
RN=TaCln(OCR"2CH2NR* 2)(3-n)
상기 식에서 R, R', R", R*는 상술한 바와 같고, py는 피리딘을 나타내고, M은 Li, Na 또는 K이다.
본 발명의 화학식 1의 탄탈럼 질화물 선구 물질을 제조하기 위하여, 상기 화 학식 2로 표시한 화합물을 출발 물질로 하여 화학식 3의 화합물과 반응시키는 반응은 하기 반응식 1로 나타낼 수 있다:
RN=Ta(NR'2)3 + n HOCR"2CH2NR＊ 2 → RN=Ta(NR'2)n(OCR"2CH2NR* 2)3-n + n HNR"2
상기 반응에 따르면, 구체적으로, 화학식 2의 화합물 1 당량에 헥산 또는 톨루엔과 같은 비극성 용매에 녹인 화학식 3의 화합물 n (1, 2 또는 3) 당량을 약 -90 ℃에서 천천히 섞은 후 이를 약 3 시간 동안 교반하고 실온에서 약 12 시간 동안 반응을 진행한 다음 용매를 감압 하에서 제거하여 화학식 1의 화합물을 얻을 수 있다.
상기 반응에 출발 물질로 사용되는 화학식 2 화합물은 알코올계 화합물에 대한 반응성이 큰 디알킬아미도 리간드를 포함하고 있어서 아미노알코올인 화학식 3 화합물과 원하는 당량 (n) 만큼 반응시키면 알콕사이드의 산소 원자가 탄탈럼과 결합하고 디알킬아민이 떨어져 나가는 치환 반응을 일으켜, 한 분자 안에 아미도 리간드와 알콕사이드 리간드를 포함하는 화학식 1로 표시한 신규의 선구 물질을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 제조하기 위한 다른 방법 (방법 (ii))으로서, 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 이미 알려진 화합물인 화학식 4 화합물과 n 당량의 화학식 5의 리튬디알킬아미드를 반응시켜 중간체인 화학식 6의 화합물을 얻은 후, 하기 반응식 3에 나타낸 것처럼 이 중간 물질을 (3-n) 당량의 화학 식 7의 알코올의 알칼리금속염과 반응시켜 얻을 수도 있다.
또한, 반응 순서를 다르게 하여 방법 (iii)에서와 같이, 우선 반응식 4에 나타낸 바와 같이 화학식 4의 화합물을 (n-3) 당량의 화학식 7의 알코올의 알칼리금속염과 반응시켜 중간체인 화학식 8의 화합물을 얻은 후, 반응식 5에 나타낸 것처럼, 이 중간 물질을 n 당량의 화학식 5의 리튬디알킬아미드와 반응시켜 화학식 1의 탄탈럼 화합물을 제조할 수도 있다.
RN=TaCl3ㆍ2py + n LiNR'2 → RN=Ta(NR'2)nCl (3-n) + n LiCl
RN=Ta(NR'2)nCl(3-n) + (3-n) MOCR"2CH2NR ＊ 2 → RN=Ta(NR'2)n(OCR"2CH2NR * 2)(3-n) + (3-n) MCl
RN=TaCl3ㆍ2py + (3-n) MOCR"2CH2NR＊ 2 → RN=Ta(OCR"2CH2NR＊ 2)(3-n) Cln + (3-n) MCl
RN=Ta(OCR"2CH2NR＊ 2)(3-n)Cln + n LiNR'2 → RN=Ta(NR'2)n(OCR"2CH2NR* 2)(3-n) + n LiCl
상기 반응식 2 및 3에서, 출발 물질인 RN=TaCl3ㆍ2py (화학식 4의 화합물)과 리튬디알킬아미드 (화학식 5의 화합물)의 반응은 테트라하이드로퓨란과 같은 유기 용매 중에서 약 12 시간 동안 진행한 다음에 감압 하에서 여과하고, 생성된 여액을 알코올의 알칼리 금속염인 MOCR"2CH2NR＊ 2 (화학식 7의 화합물)을 넣어 상온에서 반응시킨 다음 용매를 감압 하에서 제거하여 화학식 1의 화합물을 제조할 수 있다.
같은 방법으로 반응 순서를 다르게 한 반응식 4 및 5에서는, RN=TaCl3ㆍ2py에 MOCR"2CH2NR＊ 2를 반응시키고 리튬디알킬아미드를 반응시켜 화학식 1에 표시한 화합물을 얻을 수 있으며, 각 반응의 반응 조건은 상기한 바와 같다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시한 탄탈럼 질화물 선구 물질에 존재하는 알콕사이드 리간드는 금속과 배위할 수 있는 원자를 포함하고 있어서 안정한 금속 착화합물을 만든다. 이 선구 물질은 금속과 결합하는 알콕사이드의 산소에 대하여 α-탄소 위치에 비극성 알킬기가 있어서 유기 용매에 대한 친화성이 높다. 또 이 비극성 알킬기는 알콕사이드의 산소와 결합한 중심 금속이 이웃한 리간드의 산소 및 질소와 결합하지 못하도록 입체 장애를 일으키기 때문에 선구 물질이 단위체로 존재할 수 있다. 이러한 구조적 특성으로 인하여 상기 화학식 1로 표시한 탄탈럼 질화물 선구 물질은 상온에서 안정한 액체로서 유기 용매, 예를 들면 펜탄, 헥산, 디에틸에테르, 테트라하이드로퓨란, 톨루엔 등에 대한 용해도가 높고, 휘발성이 뛰어날 뿐만 아니라, 할로겐 원소를 포함하지 않고 상온에서 안정하여 보관에 유리하며 이들을 사용하여 질이 더 좋은 탄탈럼 질화막을 얻을 수 있다.
본 발명에서 합성한 신규의 탄탈럼 질화물 선구 물질은 탄탈럼 질화막을 포함하는 각종 질화물 박막 제조용 선구 물질로서, 특히 반도체 제조 공정에 널리 사용되고 있는 금속 유기물 화학 증착 (MOCVD) 또는 원자층 침착 (ALD) 공정에 바람직하게 적용할 수 있다. 상기 선구 물질을 탄탈럼 질화물 제조에 사용하는 경우, 탄탈럼 질화물의 질소 원으로는 통상 암모니아, 알킬히드라진 또는 디알킬히드라진을 사용할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 더 잘 이해할 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부한 특허 청구 범위에 의하여 한정되는 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
하기 실시예에서, 모든 실험은 장갑 상자 또는 슐렝크 관(Schlenk line)을 이용하여 비활성 아르곤 또는 질소 분위기에서 수행하였다. 실시예에서 각각 얻은 반응 생성물의 구조는 수소 원자핵 자기공명법 (1H nuclear magnetic resonance, NMR), 탄소 원자핵 자기공명법 (13C NMR) 및 원소 분석법 (elemental analysis, EA)을 이용하여 분석하였다.
탄탈럼 질화물 선구 물질의 제조
실시예 1: t-부틸이미도트리스(1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로폭시)탄탈럼(V) [ t BuN=Ta(dmamp)3]의 합성
불꽃 건조한 125 mL 슐렝크 플라스크에 t-부틸이미도트리스디에틸아미도탄탈럼(V) (2.00 g, 4.26 mmol)을 헥산 (50 mL)에 녹였다. 이 용액에 1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로판올 (dmampH) (1.50 g, 12.8 mmol)를 헥산 (30 mL)에 녹인 용액을 천천히 첨가하고, 이 혼합액을 상온에서 12 시간 동안 교반하였다. 감압 하에서 용매를 제거하여 노란색 액체의 표제 화합물 2.05 g을 얻었다 (수율: 84%).
이렇게 하여 얻은 화합물의 1H NMR 및 13C NMR 분석 자료와 원소분석 자료는 하기와 같으며, NMR 분석 자료를 각각 도 1 및 2에 나타내었다.
1H NMR (C6D6, 300.13 MHz): δ 2.49 (s, 6H CH 2N), 2.34 (s, 18H, CH2N(CH 3)2), 1.50 (s, 18H, C(CH 3)2), 1.47 (s, 9H, (CH 3)3CN).
13C{1H} NMR (C6D6, 75.03 MHz): δ 77.9 (s, C(CH3 )2), 73.6 (s, (CH3)3 CN), 49.5 (s, (CH2N(CH 3)2), 35.1 (s, (CH3)3 CN), 31.3 (s, C(CH3)2).
원소 분석 C22H51N4O3Ta {계산치 (실측치)}: C, 43.99 (44.05); H, 8.56 (8.58); N, 9.33(9.97).
또한, 상기 t BuN=Ta(dmamp)3의 적외선 스펙트럼을 측정하여 도 3에 나타내었고, TG/DTA을 수행하여 (10 ℃/min to 800 ℃, 100 cc/min N2 퍼징) 도 4에 나타내었다. TG/DTA 그래프에 의하면 66-203 ℃에서 약 10% 정도 질량 감소가 일어나고 203 ℃ 근처에서 급격한 질량 감소가 일어났으며, 306 ℃에서는 78% 이상의 질량 감소가 관찰되었고 잔류 물질이 21% 정도 되었다. 또 TGA 그래프는 T1/2 (온도에 따른 무게 감소에서 원래 시료의 무게가 원래 무게의 1/2이 될 때의 온도)이 254℃임을 보여 준다.
실시예 2: t-부틸이미도디에틸아미도비스(1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로폭시)탄탈럼(V) [ t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2)]의 합성
불꽃 건조한 125 mL 슐렝크 플라스크에 t-부틸이미도트리스디에틸아미도탄탈럼(V) (2.00 g, 4.26 mmol)을 헥산 (50 mL)에 녹였다. 이 용액에 dmampH (1.00 g, 8.53 mmol)를 헥산 (30 mL)에 녹인 용액을 천천히 첨가하고, 이 혼합액을 상온에서 12시간 동안 교반하였다. 감압 하에서 용매를 제거하여 노란색 액체의 표제 화합물 1.73 g을 얻었다 (수율: 73.2%).
이렇게 하여 얻은 화합물의 1H NMR 및 13C NMR 분석 자료와 원소분석 자료는 하기와 같으며, NMR 분석 자료는 각각 도 5 및 6에 나타내었다.
1H NMR (C6D6, 300.13 MHz): δ 3.72 (t, 4H, N(CH 2CH 3)2), 2.58 (s, 1H, CH 2N), 2.54 (s, 1H, CH 2N), 2.32 (s, 12H, N(CH 3) 2), 2.26 (s, 1H, CH 2N), 2.21 (s, 1H, CH 2N), 1.42 (s, 9H, (CH 3)3CN), 1.36 (s, 6H, C(CH 3)2), 1.31 (t, 6H, N(CH2CH 3)2).
원소 분석 C20H49N4O2Ta {계산치 (실측치)}: C, 42.75 (43.16); H, 8.58 (8.51); N, 10.53 (10.07).
또한, 상기 t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2)의 적외선 스펙트럼을 측정하여 도 7에 나타내었고, TG/DTA을 수행하여 (10 ℃/min to 800 ℃, 100 cc/min N2 퍼징) 도 8에 나타내었다. TG/DTA 그래프에 의하면, 54-207 ℃에서 약 10% 정도 질량 감소가 일어나고 207 ℃ 근처에서 급격한 질량 감소가 일어났으며, 311 ℃에서는 질량 감소가 84% 이상 관찰되었고 잔류 물질이 14% 정도 되었다. 또 TGA 그래프는 T1/2이 271 ℃임을 보여 준다.
탄탈럼 질화막의 제조
실시예 3: t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2) 선구 물질을 사용한 탄탈럼 질화막의 제조
상기 실시예 2에서 합성한 t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2) 선구 물질을 사용하여 규소 기질 위에 탄탈럼 질화막을 증착시켰다. 박막 증착에는 스테인리스강 반응기를 사용하였고 규소 (001) 면을 기질로 사용하였다. 먼저 증류수와 아세톤으로 규소 기질을 세척한 후에 황산과 과산화수소수를 3:1로 섞은 용액에 담가 80 ℃로 30 분 가열하였다. 이렇게 하여 규소 기질 위에 규소의 산화막을 형성한 다음, 규소 산 화막이 생긴 기질을 증류수로 다시 세척한 뒤에 질소로 불어 말렸다. 반응기 안에 설치한 가열기에 준비한 기질을 장착하였다. 반응기의 압력이 2 x 10-7 Torr였고, 증착 중에는 선구 물질 온도를 50 ℃로 유지하며 반응기 안으로 선구 물질을 주입하였고, 이때 반응기의 압력은 5 x 10-6 Torr로 유지하였다. 기질의 온도 400, 500, 600, 700 ℃에서 각각 한 시간씩 증착을 시도하였다.
이와 같이 만든 막의 X선 광전자 분광 분석에서 얻은 탄탈럼 광전자 봉우리, 탄탈럼 오제 선 및 질소 봉우리로부터 이 막이 탄탈럼 질화막임을 확인하였다. 막의 조성은 탄탈럼, 질소, 산소, 탄소로 되어 있지만, 산소와 탄소는 박막 증착 후에 분석을 위해 이동하는 과정에서 생긴 오염으로 보인다.
탄탈럼 질화막을 X선 회절법으로 조사한 결과, 기질로 사용한 규소의 회절 무늬 외에 다른 회절 무늬를 관찰할 수 없었다. 이러한 결과로부터 t BuN=Ta(dmamp)2(NEt2) 선구 물질을 사용하여 제조한 탄탈럼 질화막은 규소 기질 위에 400-700 ℃의 범위에서 비결정성 박막으로 성장함을 알 수 있다.
기질 온도 500 ℃에서 자란 탄탈럼 질화막의 성장 속도는 주사전자현미경 사진으로 확인한 결과, 약 100 nm/h였다. 상기 주사전자현미경 사진을 도 9에 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 탄탈럼 질화물 선구 물질인 신규의 탄탈럼 착화합물은 수분에 덜 민감하고 보관이 유리하며, 특히 탄탈럼 질화물 박막을 제조하기 위한 금속 유기물 화학 증착법 (MOCVD) 또는 원자층 침착법 (ALD)의 선구 물질로서 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시한 탄탈럼 질화물 선구 물질:
    <화학식 1>
    RN=Ta(NR'2)n(OCR"2CH2NR* 2)3-n
    상기 식에서,
    R은 이소프로필 또는 t-부틸 기고,
    R'은 메틸, 에틸, 이소프로필, t-부틸 또는 알킬실릴 기고,
    R"은 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬기고,
    R＊는 C1-C4 선형 또는 분지형 알킬 또는 알킬실릴 기고,
    n은 0, 1 또는 2이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    R이 CH(CH3)2 또는 C(CH3)3이고, R'이 CH3, C2 H5, CH(CH3)2, C(CH3)3, Si(CH3) 3 또는 Si(C2H5)3이고, R"이 CH3, C2H5, CH(CH3)2 또는 C(CH3)3이고, R＊가 CH3, C2H5, CH(CH3)2, C(CH3)3, Si(CH3)3 또는 Si(C2H5)3 이고, n이 0, 1 또는 2인 것을 특징으로 하는 선구 물질.
  3. 하기 화학식 2로 표시한 탄탈럼 착화합물과 하기 화학식 3으로 표시한 알코올 화합물을 반응시키는 것을 포함하는, 제 1 항에 따른 화학식 1의 탄탈럼 질화물 선구 물질의 제조 방법:
    <화학식 2>
    RN=Ta(NR'2)3
    <화학식 3>
    HOCR"2CH2NR＊ 2
    상기 식에서,
    R, R', R" 및 R＊는 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
  4. 하기 화학식 4로 표시한 탄탈럼 착화합물을 하기 화학식 5로 표시한 리튬디알킬아미드와 반응시켜 하기 화학식 6으로 표시한 화합물을 얻고, 이를 하기 화학식 7로 표시한 알코올의 알칼리금속염과 반응시키는 것을 포함하는, 제 1 항에 따른 화학식 1의 탄탈럼 질화물 선구 물질의 제조 방법:
    <화학식 4>
    RN=TaCl3ㆍ2py
    <화학식 5>
    LiNR'2
    <화학식 6>
    RN=Ta(NR'2)nCl(3-n)
    <화학식 7>
    MOCR"2CH2NR＊ 2
    상기 식에서,
    M은 Li, Na 또는 K이고,
    py는 피리딘을 나타내고,
    R, R', R" 및 R＊는 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
  5. 하기 화학식 4로 표시한 탄탈럼 착화합물을 하기 화학식 7로 표시한 알코올의 알칼리금속염과 반응시켜 하기 화학식 8로 표시한 화합물을 얻고, 이를 하기 화학식 5로 표시한 리튬디알킬아미드와 반응시키는 것을 포함하는, 제 1 항에 따른 화학식 1의 탄탈럼 질화물 선구 물질의 제조 방법:
    <화학식 4>
    RN=TaCl3ㆍ2py
    <화학식 5>
    LiNR'2
    <화학식 7>
    MOCR"2CH2NR＊ 2
    <화학식 8>
    RN=TaCln(OCR"2CH2NR* 2)(3-n)
    상기 식에서,
    M은 Li, Na 또는 K이고,
    py는 피리딘을 나타내고,
    R, R', R" 및 R＊는 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
  6. 제 1 항의 화학식 1에 따른 탄탈럼 착화합물 선구 물질을 사용하여 탄탈럼 질화물을 성장시키는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    탄탈럼 질화물을 금속 유기물 화학 증착법 (MOCVD) 또는 원자층 침착법 (ALD)으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    탄탈럼 질화물을 성장시킬 때 질소 원으로 암모니아, 알킬히드라진 또는 디알킬히 드라진을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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