KR101221861B1 - Metal precursor and metal containing thin film prepared using same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A metal precursor and a metal-containing thin film fabricated using the same are provided to ensure storage stability, and to fabricate an In-Sb-Te(IST) thin film for a PRAM and InGaN film of an LED. CONSTITUTION: A metal precursor has a structure of chemical formula 1. In chemical formula 1: M is In; R1-R4 are independently a C1-C6 alkyl group; X is -NR5R6; R1 and R2 are independently a methyl group or ethyl group; and X is dimethylamino, ethylmethylamino, diethylamino, ethylmethylamino, diethylamino, dipropylamino, or diisopropylamino. A method for forming a metal-containing thin film comprises: a step of supplying the metal precursor of chemical formula 1 on a substrate for forming a metal thin film; and a step of thermally treating, treating with plasma, or irradiating light under the presence of reactive gas. The reactive gas is steam, ozone, hydrogen, ammonium, hydrazine, or silane.

Description

금속 전구체 및 이를 이용하여 제조된 금속 함유 박막{METAL PRECURSOR AND METAL CONTAINING THIN FILM PREPARED USING SAME}Metal precursor and metal-containing thin film manufactured using the same {METAL PRECURSOR AND METAL CONTAINING THIN FILM PREPARED USING SAME}

본 발명은 금속 전구체 및 이를 이용하여 제조된 금속 함유 박막에 관한 것이다.The present invention relates to a metal precursor and a metal-containing thin film produced using the metal precursor.

반도체 메모리 소자는 휘발성 메모리 소자인 DRAM(dynamic random access memory)과 비휘발성 메모리 소자인 NVRAM(non-volatile random access memory) 소자로 구분된다. DRAM은 시장 규모가 크지만 기억된 정보가 휘발성이기 때문에 매우 짧은 주기로 동일한 정보를 다시 기억시켜야 하므로 많은 전력을 소모하는 문제점이 있다. 한편, 미세화 공정에 따른 기술적인 한계에 직면하면서 비휘발성 메모리로 DRAM의 저장 밀도와 SRAM(static RAM)의 동작 속도를 가지는 저가의 차세대 메모리가 대두되기 시작하였다. 또한, 현재 차세대 비휘발성 메모리에 대한 연구가 국내외적으로 활발하게 진행되고 있으며, 그 중에서도 상변화 메모리(phase change random access memory, PRAM)가 가장 주목받고 있다. Semiconductor memory devices are classified into dynamic random access memory (DRAM), which is a volatile memory device, and non-volatile random access memory (NVRAM), a nonvolatile memory device. DRAM has a large market, but since the stored information is volatile, the same information needs to be stored again in a very short cycle, which consumes a lot of power. On the other hand, in the face of technical limitations due to the miniaturization process, non-volatile memory has emerged as a next-generation low-cost memory having a storage density of DRAM and an operating speed of static RAM (SRAM). In addition, research on the next generation nonvolatile memory is being actively conducted at home and abroad, and among them, phase change random access memory (PRAM) is attracting the most attention.

상변화 메모리는 비정질과 결정질 상태 간의 광학적, 전기적 스위칭 현상을 나타내는 칼코게나이드 재료를 이용한 것으로서, 전기저항도 차이에 의해 정보가 기록/소거/재생되는 메모리이다. 상변화 메모리는 빠른 동작속도와 높은 집적도 등 성능면에서 매우 우수하며, 소자구조 및 제작공정이 단순하기 때문에 적은 공정비용으로 제작이 가능하다. The phase change memory uses a chalcogenide material that exhibits optical and electrical switching phenomena between an amorphous and crystalline state, and is a memory in which information is recorded / erased / reproduced due to a difference in electrical resistance. Phase change memory is very excellent in terms of performance such as fast operation speed and high integration, and can be manufactured at low process cost because of simple device structure and manufacturing process.

현재 상변화 메모리 소자 재료로서 Ge/Sb/Te(이하 'GST'라 함)이 널리 사용되고 있지만, GST 재료는 트렌치 구조 증착시 사용되는 전구체보다 낮은 결정화 온도로 인해 단차 피복성(step coverage)이 현저히 떨어져 보이드(void)가 발생하는 문제점이 있다. Currently, Ge / Sb / Te (hereinafter referred to as 'GST') is widely used as a phase change memory device material, but GST material has significantly higher step coverage due to lower crystallization temperature than precursors used for depositing trench structures. There is a problem that voids occur.

또한, 상변화 메모리 소자 재료로 인듐 전구체가 사용되는데, 인듐 전구체의 경우 대부분 고체이기 때문에 공정 조건이 까다롭고, 재현성이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 낮은 열 안정성으로 인해 열을 가했을 때 분해가 촉진되고, 공기 중에 노출되었을 때는 자연 발화되는 등 여러 가지 문제점들이 있다. In addition, an indium precursor is used as a phase change memory device material. Indium precursors have a problem in that process conditions are difficult and reproducibility is low because most of them are solid. In addition, due to low thermal stability, decomposition is promoted when heat is applied, and when exposed to air, there are various problems such as spontaneous ignition.

미국특허 제7,960,205호(2011.06.14 등록)U.S. Pat.No.7,960,205 (registered June 14, 2011) 한국공개특허 제2011-0088607호 (2011.08.04 공개)Korea Patent Publication No. 2011-0088607 (2011.08.04 published)

본 발명의 목적은 우수한 열 안정성을 가져 상온에서 분해의 우려 없이 액체 상태로 존재하며 그 결과로 우수한 보관 안정성을 나타내며, 수분과의 반응성이 적어 자연발화의 우려가 없고 취급이 용이하며, 높은 휘발성 및 충분한 증기압을 가져 증착 공정을 통한 차세대 상변화 메모리(PRAM)용 In-Sb-Te(IST) 박막 및 발광 다이오드(light emitting diode, LED)용 InGaN 막의 제조에 유용한 신규 금속 전구체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to have excellent thermal stability and to exist in a liquid state without fear of decomposition at room temperature and as a result shows excellent storage stability, less reactivity with moisture, there is no fear of spontaneous ignition, easy handling, high volatility and Sufficient vapor pressure is provided to provide novel metal precursors useful for the fabrication of In-Sb-Te (IST) thin films for next-generation phase change memory (PRAM) and InGaN films for light emitting diodes (LEDs) through the deposition process.

본 발명의 다른 목적은 상기 금속 전구체를 이용하여 제조된 금속 함유 박막을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal-containing thin film prepared using the metal precursor.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 금속 전구체를 제공한다:According to an embodiment of the present invention, a metal precursor having a structure of Formula 1 is provided:

Figure 112012024153170-pat00001
Figure 112012024153170-pat00001

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M는 B, Al, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되고, M is selected from the group consisting of B, Al, Ga, In and Tl,

R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기이고,R 1 to R 4 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 ,

X는 C1 내지 C6의 알킬기 또는 -NR5R6(이때 R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기임)이다.X is C 1 to C 6 alkyl group or -NR 5 R 6 , wherein R 5 and R 6 are each independently C 1 to C 6 alkyl group.

바람직하게는 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기(methyl) 또는 에틸기(ethyl)이다.Preferably, R 1 and R 2 are each independently a methyl group or a methyl group.

바람직하게는 상기 X는 메틸기(methyl), 에틸기(ethyl), 이소프로필기(isopropyl), 디메틸아미노기(dimethylamino), 에틸메틸아미노기(ethylmethylamino), 디에틸아미노기(diethylamino), 디프로필아미노기(dipropylamino), 및 디이소프로필아미노기(diisopropylamino)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.Preferably, X is a methyl group (ethyl), ethyl group (ethyl), isopropyl group (isopropyl), dimethylamino group (dimethylamino), ethylmethylamino group (ethylmethylamino), diethylamino group, dipropylamino group, dipropylamino group, And it may be selected from the group consisting of diisopropylamino group (diisopropylamino).

바람직하게는 상기 금속전구체는 디메틸 아미디네이트 인듐(dimethyl amidinate indium) 또는 디메틸 구아디네이트 인듐(dimethyl guadinate indium)이다.Preferably, the metal precursor is dimethyl amidinate indium or dimethyl guadinate indium.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 2의 화합물을 알칼리 금속 함유 아미디네이트 또는 구아디네이트와 반응시키는 단계를 포함하는 상기 화학식 1의 금속 전구체의 제조방법을 제공한다:According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of preparing a metal precursor of Chemical Formula 1, comprising reacting a compound of Chemical Formula 2 with an alkali metal-containing amidinate or guadiate:

Figure 112012024153170-pat00002
Figure 112012024153170-pat00002

상기 화학식 2에서, In Formula 2,

M는 B, Al, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되고,M is selected from the group consisting of B, Al, Ga, In and Tl,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기이고,R 1 and R 2 are each independently a C 1 to C 6 alkyl group,

Y는 할로겐 원자이다.Y is a halogen atom.

상기 화학식 2의 화합물은 13족 금속의 트리알킬 화합물과 13족 금속 트리할라이드를 반응시켜 제조될 수 있다.The compound of Formula 2 may be prepared by reacting a trialkyl compound of a Group 13 metal with a Group 13 metal trihalide.

상기 13족 금속의 트리알킬 화합물은 트리메틸인듐(trimethyl indium), 트리에틸인듐(triethyl indium), 트리메틸갈륨(trimethyl gallium), 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The trialkyl compound of the Group 13 metal may be selected from the group consisting of trimethyl indium, triethyl indium, trimethyl gallium, trimethyl aluminum, and mixtures thereof. .

상기 13족 금속 트리할라이드는 트리클로로인듐(trichloro indium), 트리클로로갈륨(trichloro gallium), 트리클로로알루미늄(trichloro aluminum) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The Group 13 metal trihalide may be selected from the group consisting of trichloro indium, trichloro gallium, trichloro aluminum, and mixtures thereof.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1의 금속 전구체를 금속 박막 형성용 기판 위로 공급한 후 반응성 가스의 존재 하에서 열처리, 플라즈마 처리 또는 광 조사하는 단계를 포함하는 금속 함유 박막의 형성 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a method of forming a metal-containing thin film comprising the step of supplying a metal precursor of the formula (1) on a substrate for forming a metal thin film, followed by heat treatment, plasma treatment or light irradiation in the presence of a reactive gas To provide.

상기 반응성 가스는 수증기, 산소, 오존, 수소, 암모니아, 히드라진, 및 실란으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The reactive gas may be selected from the group consisting of water vapor, oxygen, ozone, hydrogen, ammonia, hydrazine, and silane.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1의 금속 전구체를 금속 박막 형성용 기판 위로 공급한 후 반응성 가스의 존재 하에서 열처리, 플라즈마 처리 또는 광 조사하여 제조된 금속 함유 박막을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the metal precursor of Formula 1 is supplied onto a substrate for forming a metal thin film, and then a metal-containing thin film prepared by heat treatment, plasma treatment or light irradiation in the presence of a reactive gas is provided.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

본 발명에 따른 금속 전구체는 우수한 열 안정성을 가져 상온에서 분해의 우려 없이 액체 상태로 존재하며 그 결과로 우수한 보관 안정성을 나타내고, 수분과의 반응성이 적어 자연발화의 우려가 없고 취급이 용이하며, 우수한 휘발성을 가져 낮은 온도에서 공정 실시가 가능하고, 충분한 증기압을 가져 증착 공정을 통한 차세대 PRAM용 In-Sb-Te(IST) 박막 및 LED용 InGaN 막의 제조에 유용하다.The metal precursor according to the present invention has excellent thermal stability and is present in a liquid state without fear of decomposition at room temperature. As a result, it exhibits excellent storage stability. Its volatility makes it possible to carry out processes at low temperatures, and its sufficient vapor pressure makes it useful for the fabrication of next-generation In-Sb-Te (IST) thin films for PRAM and InGaN films for LEDs.

도 1은 실시예 1, 2, 및 4 내지 6에서 제조된 금속 전구체에 대한 열중량 분석기(thermo-gravimetric analyzer, TGA)를 이용한 열중량 측정 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the results of thermogravimetric measurement using a thermo-gravimetric analyzer (TGA) for the metal precursors prepared in Examples 1, 2, and 4 to 6;

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 '할로' 또는 '할로겐 원자'는 플루오린, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 의미한다.Unless otherwise specified herein, 'halo' or 'halogen atom' means any one selected from the group consisting of fluorine, chlorine, bromine and iodine.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 '알킬기'는 직쇄 또는 분쇄의 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 의미하며, 상기 알킬기는 1차 알킬기, 2차 알킬기 및 3차 알킬기를 포함한다. 상기 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 헥실기, 이소헥실기 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Unless otherwise specified herein, an 'alkyl group' refers to a linear or crushed alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and the alkyl group includes a primary alkyl group, a secondary alkyl group, and a tertiary alkyl group. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, Hexyl group, and isohexyl group, but is not limited thereto.

본 발명은 종래 금속 함유 박막 형성용 전구체 물질과 비교하여 우수한 열 안정성을 가져 상온에서 분해의 우려 없이 액체 상태로 존재하며 그 결과로 우수한 보관 안정성을 나타내며, 수분과의 반응성이 적어 자연발화의 우려가 없고 취급이 용이하며, 높은 휘발성 및 충분한 증기압을 가져 증착 공정을 통한 차세대 PRAM용 IST박막과, LED용 InGaN 막의 제조에 유용한 신규 금속 전구체를 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention has excellent thermal stability compared to the precursor material for forming a metal-containing thin film, and thus exists in a liquid state at room temperature without fear of decomposition, and as a result, shows excellent storage stability, and has low reactivity with moisture, which may cause spontaneous ignition. It is characterized by providing a novel metal precursor useful for the manufacture of next generation PRAM thin film for IST thin film and InGaN film for LED through the deposition process, easy to handle, high volatility and sufficient vapor pressure.

즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 전구체는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물일 수 있다: That is, the metal precursor according to the embodiment of the present invention may be a compound having the structure of Formula 1 below:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112012024153170-pat00003
Figure 112012024153170-pat00003

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M는 B, Al, Ga, In 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되고, M is selected from the group consisting of B, Al, Ga, In and Tl,

R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기이고,R 1 to R 4 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 ,

X는 C1 내지 C6의 알킬기 또는 -NR5R6(이때 R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기임)이다.X is C 1 to C 6 alkyl group or -NR 5 R 6 , wherein R 5 and R 6 are each independently C 1 to C 6 alkyl group.

구체적으로 상기 화학식 1에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 헥실기 및 이소헥실기로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기일 수 있으며, R3 및 R4는 이소프로필기 일 수 있다.Specifically, in Chemical Formula 1, R 1 to R 4 are each independently a methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, isopentyl group , Neopentyl group, tert-pentyl group, hexyl group and isohexyl group may be selected, preferably R 1 and R 2 may be each independently a methyl group or an ethyl group, R 3 and R 4 is It may be an isopropyl group.

또한 상기 X는 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 디메틸아미노기, 에틸메틸아미노기, 디에틸아미노기, 디프로필아미노기, 및 디이소프로필아미노기로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 메틸기 또는 디메틸아미노기일 수 있다.In addition, X may be selected from the group consisting of methyl group, ethyl group, isopropyl group, dimethylamino group, ethylmethylamino group, diethylamino group, dipropylamino group, and diisopropylamino group, preferably methyl group or dimethylamino group. have.

구체적으로, 상기 화학식 1의 금속전구체는 디메틸 아미디네이트 인듐(dimethyl amidinate indium) 또는 디메틸 구아디네이트 인듐(dimethyl guadinate indium)인 것이 바람직하다.Specifically, the metal precursor of Chemical Formula 1 is dimethyl amidinate indium or dimethyl guadinate indium.

상기 금속 전구체는 금속에 대한 치환기(R1 및 R2)로서 알킬기를 포함함으로써, 종래 금속의 치환기로서 아미드기를 포함하는 금속 전구체에 비해 우수한 안정성을 나타내며, 저온 증착이 가능하다.The metal precursor includes an alkyl group as substituents (R 1 and R 2 ) for the metal, and thus exhibits excellent stability compared to the metal precursor including an amide group as a substituent of the conventional metal, and enables low temperature deposition.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 2의 화합물을 알칼리 금속 함유 아미디네이트 또는 구아디네이트와 반응시켜 상기 화학식 1의 금속 전구체를 제조하는 방법이 제공된다:According to another embodiment of the present invention, a method of preparing a metal precursor of Chemical Formula 1 is provided by reacting a compound of Chemical Formula 2 with an alkali metal-containing amidinate or guadiate:

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112012024153170-pat00004
Figure 112012024153170-pat00004

상기 화학식 2에서, In Formula 2,

M은 B, Al, Ga, In, 및 Tl로 이루어진 군에서 선택되고,M is selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, and Tl,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기이고, R 1 and R 2 are each independently a C 1 to C 6 alkyl group,

Y는 할로겐 원자이며, 바람직하게는 클로로기이다.Y is a halogen atom, Preferably it is a chloro group.

상기 화학식 1의 금속 전구체 화합물의 제조시, 상기 화학식 2의 화합물로는 13족 금속의 트리알킬 화합물과 13족 금속의 트리할라이드의 반응에 의해 제조된 것이 사용될 수 있다. In preparing the metal precursor compound of Chemical Formula 1, the compound prepared by Chemical Formula 2 may be prepared by the reaction of a trialkyl compound of Group 13 metal with a trihalide of Group 13 metal.

이때 상기 13족 금속의 트리알킬 화합물로는 13족 금속 함유 트리(C1 내지 C6의 알킬) 화합물이 사용될 수 있다. 구체적으로는 트리메틸인듐, 트리에틸인듐, 트리메틸갈륨, 또는 트리메틸알루미늄 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.In this case, as the trialkyl compound of the Group 13 metal, a Group 13 metal-containing tri (C 1 to C 6 alkyl) compound may be used. Specifically, trimethyl indium, triethyl indium, trimethyl gallium, or trimethyl aluminum may be used, but is not limited thereto, and one or a mixture of two or more thereof may be used.

또한, 상기 13족 금속의 트리할라이드로는 트리클로로인듐, 트리클로로갈륨, 또는 트리클로로알루미늄 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.In addition, as the trihalide of the Group 13 metal, trichloroindium, trichlorogallium, or trichloroaluminum may be used, but is not limited thereto, and one or a mixture of two or more of them may be used.

상기 13족 금속의 트리알킬 화합물과 13족 금속 트리할라이드는 화학양론적으로 반응하기 때문에, 화학양론적 반응비에 따라 상기 13족 금속의 트리알킬 화합물과 13족 금속 트리할라이드의 사용량이 적절히 결정될 수 있다. 구체적으로는 상기 13족 금속의 트리알킬 화합물은 13족 금속 트리할라이드 1몰에 대하여 1.5 내지 2.5 몰로 사용되는 것이 바람직하다. Since the trialkyl compound of the Group 13 metal and the Group 13 metal trihalide react stoichiometrically, the amount of the trialkyl compound of the Group 13 metal and the Group 13 metal trihalide can be appropriately determined according to the stoichiometric reaction ratio. have. Specifically, the trialkyl compound of the Group 13 metal is preferably used in 1.5 to 2.5 moles with respect to 1 mole of the Group 13 metal trihalide.

또한, 상기 13족 금속의 트리알킬 화합물과 13족 금속의 트리할라이드의 반응은 헥산, 헵탄, 옥탄, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 등의 탄화수소계 유기용매 중에서 -20℃ 내지 실온에서 실시되는 것이 바람직하다. The reaction of the trialkyl compound of the Group 13 metal and the trihalide of the Group 13 metal is carried out at -20 ° C to room temperature in a hydrocarbon-based organic solvent such as hexane, heptane, octane, benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene. It is preferable.

구체적으로, 상기 화학식 2의 화합물로는 클로로디메틸인듐, 클로로디에틸인듐, 클로로디메틸갈륨, 또는 클로로디메틸알루미늄 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.Specifically, chlorodimethylindium, chlorodiethylindium, chlorodimethylgallium, or chlorodimethylaluminum may be used as the compound of Formula 2, but is not limited thereto, and one or a mixture of two or more of them may be used. Can be used.

또한 상기 화학식 1의 금속 전구체 화합물의 제조시, 상기 알칼리 금속 함유 아미디네이트 또는 구아디네이트로는, 알킬리튬 또는 리튬-알킬아민을 알킬카르보이미드와 반응시켜 제조된 것이 사용될 수도 있다.In addition, in the preparation of the metal precursor compound of Formula 1, as the alkali metal-containing amidate or guadiate, one prepared by reacting alkyl lithium or lithium-alkylamine with alkylcarbodiimide may be used.

상기 알킬리튬 또는 리튬-알킬아민으로는 메틸리튬, 에틸리튬, 프로필리튬, 리튬 디메틸아민, 리튬 에틸메틸아민, 리튬 디에틸아민 등이 사용될 수 있으며, 상기 알킬카르보이미드로는 디이소프로필카르보이미드 등이 사용될 수 있다As the alkyl lithium or lithium-alkylamine, methyl lithium, ethyl lithium, propyl lithium, lithium dimethyl amine, lithium ethyl methyl amine, lithium diethyl amine, etc. may be used. As the alkyl carbodiimide, diisopropyl carboy may be used. Mead etc. may be used.

상기 알킬리튬 또는 리튬-알킬아민과, 알킬카르보이미드와의 반응은 디에틸에테르 등의 에테르계 유기 용매 중에서 -40 내지 0℃의 온도 조건에서 실시될 수 있으며, 이때 상기 알킬리튬 또는 알킬-리튬아민과 알킬카르보이미드의 반응비는 화학양론비에 따라 적절히 결정될 수 있다. 구체적으로는 알킬리튬 또는 알킬-리튬아민 1몰에 대하여 알킬카르보이미드가 0.9 내지 1.1몰로 사용될 수 있다.The reaction of the alkyllithium or lithium-alkylamine with alkylcarbodiimide may be carried out at an ethereal organic solvent such as diethyl ether at a temperature of -40 to 0 ° C, wherein the alkyllithium or alkyl-lithium The reaction ratio of the amine and the alkylcarbodiimide may be appropriately determined according to the stoichiometric ratio. Specifically, the alkyl carimide may be used in an amount of 0.9 to 1.1 mol based on 1 mol of alkyl lithium or alkyl-lithium amine.

상기 화학식 2의 화합물과 알칼리 금속 함유 아미디네이트 또는 구아디네이트와의 반응은, 펜테인, 헥세인, 헵테인, 옥테인, 벤젠, 톨루엔, 에틸 벤젠, 자일렌 등의 탄화수소류; 또는 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 글라임, 디옥세인, 테트라히드로퓨란, 사이클로펜틸메틸에테르 등의 에테르류와 같은 유기 용매 중에서 실시될 수 있다.The reaction of the compound of Formula 2 with an alkali metal-containing amidinate or guadiate includes hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, benzene, toluene, ethyl benzene and xylene; Or in an organic solvent such as ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, glyme, dioxane, tetrahydrofuran and cyclopentylmethyl ether.

상기 화학식 2의 화합물과 알칼리 금속 함유 아미디네이트 또는 구아디네이트와의 반응시, 알칼리 금속 함유 아미디네이트 또는 구아디네이트 1몰에 대해 상기 화학식 2의 화합물이 0.9 내지 1.1 몰로 사용되는 것이 바람직하다. 화학식 2의 화합물의 함량이 0.9몰 미만이면 불순물의 함량이 증가될 우려가 있고, 1.1몰을 초과하는 경우 수율이 낮아질 우려가 있어 바람직하지 않다.In the reaction of the compound of Formula 2 with an alkali metal-containing amidinate or guadiate, it is preferable that the compound of Formula 2 is used in an amount of 0.9 to 1.1 moles per 1 mole of alkali metal-containing amidinate or guadiate. . If the content of the compound of Formula 2 is less than 0.9 mole, the content of impurities may increase, and if it exceeds 1.1 mole, the yield may be lowered, which is not preferable.

상기와 같은 방법에 의해 제조된 화학식 1의 금속 전구체는 상온에서 액체 상태로 존재할 뿐만 아니라 보관안정성이 우수하며, 종래 금속 박막 형성용 전구체로 사용되는 트리메틸인듐과 비교하여 트리메틸인듐이 101℃ 이상에서 분해되기 시작하는데 반해 상기 화학식 1의 금속 전구체는 230℃ 이상에서 분해되기 때문에 우수한 열 안정성을 갖는다. 또한, 우수한 휘발성으로 인해 박막 형성시 낮은 온도에서도 공정 실시가 가능하여 공정 비용을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 화학식 1의 금속 전구체는 수분과의 반응성이 적어 자연발화의 우려가 없어 취급이 용이하며, 높은 증기압을 가져 화학증착법, 원자층 증착법 등의 증착 공정을 통한 박막 형성에 유용하다.The metal precursor of Chemical Formula 1 prepared by the above method not only exists in a liquid state at room temperature but also has excellent storage stability, and trimethylindium decomposes at 101 ° C. or higher as compared to trimethylindium used as a precursor for forming a metal thin film. On the contrary, since the metal precursor of Chemical Formula 1 decomposes at 230 ° C. or higher, it has excellent thermal stability. In addition, due to the excellent volatility, the process can be carried out at low temperatures when forming a thin film can reduce the process cost. In addition, the metal precursor of Chemical Formula 1 has little reactivity with water, so there is no fear of spontaneous ignition and is easy to handle, and has a high vapor pressure, which is useful for forming a thin film through a deposition process such as chemical vapor deposition or atomic layer deposition.

이에 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면 상기 금속 전구체를 이용한 금속 함유 박막의 제조방법이 제공된다.Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a metal-containing thin film using the metal precursor is provided.

상기 제조방법은 금속 전구체로서 화학식 1의 화합물을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 금속 박막의 제조방법, 예를 들면 화학증착법(chemical vapor deposition, CVD) 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)으로 실시될 수 있다.The manufacturing method is carried out by a conventional method for producing a metal thin film, for example, chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD), except that the compound of Formula 1 is used as the metal precursor. Can be.

구체적으로 금속 박막은 상기 화학식 1의 금속 전구체를 가스화하여 금속 박막층을 형성하고자 하는 기판, 예를 들면 TiN, SiO2, Si3N4 등의 기판 위로 공급한 후, 금속 전구체를 분해함으로써 형성될 수 있다. Specifically, the metal thin film may be formed by gasifying the metal precursor of Chemical Formula 1 and supplying it onto a substrate, for example, TiN, SiO 2 , Si 3 N 4 , to form a metal thin film layer, and then decomposing the metal precursor. have.

이때 상기 금속 전구체의 가스화 방법으로는, 금속 전구체를 그대로 기화시켜 가스화하거나, 또는 항온조에 금속 전구체를 넣은 후, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 또는 질소 등의 불활성 가스를 공급하여 가스화하는 방법이 사용될 수 있다.In this case, as the gasification method of the metal precursor, a method of gasifying the metal precursor as it is, or gasifying or putting the metal precursor in a thermostat, and then gasified by supplying an inert gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon or nitrogen. Can be used.

상기 금속 전구체의 분해공정은 가열처리, 플라즈마 처리 또는 광 조사 등의 방법으로 수행될 수 있으며, 이때 수증기, 산소, 오존, 수소, 암모니아, 히드라진, 실란 등의 반응성 가스 존재하에서 수행될 수도 있다. 수증기, 산소, 오존 등과 같은 반응성 가스 존재하에서 금속 전구체의 분해공정이 수행되는 경우, 금속 산화물 박막이 형성될 수 있고, 수소, 암모니아, 히드라진, 실란 등의 반응성 가스 존재하에서 금속 전구체의 분해공정이 수행되는 경우 금속 박막이 형성될 수 있다.The decomposition of the metal precursor may be performed by a method such as heat treatment, plasma treatment or light irradiation, and at this time, may be performed in the presence of a reactive gas such as water vapor, oxygen, ozone, hydrogen, ammonia, hydrazine, silane, or the like. When the decomposition process of the metal precursor is performed in the presence of a reactive gas such as water vapor, oxygen, ozone, etc., a metal oxide thin film may be formed, and the decomposition process of the metal precursor is performed in the presence of a reactive gas such as hydrogen, ammonia, hydrazine, or silane. If so, a metal thin film can be formed.

또한, 가열처리에 의한 금속 전구체의 분해시 상기 공정은 100 내지 1000℃에서 실시될 수 있다. In addition, when the metal precursor is decomposed by heat treatment, the process may be performed at 100 to 1000 ° C.

상기와 같은 본 발명에 따른 금속 함유 박막의 제조방법은, 열 안정성이 우수한 금속 전구체를 이용함으로써 증착 공정시 종래에 비해 낮은 온도에서 증착 공정 실시가 가능하고, 전구체의 열분해에 기인한 파티클 오염이나 탄소 등의 불순물 오염없이 고순도의 금속, 금속 산화물 또는 금속 질화물 박막을 형성할 수 있다.The method for manufacturing a metal-containing thin film according to the present invention as described above, by using a metal precursor excellent in thermal stability, the deposition process can be carried out at a lower temperature than in the conventional deposition process, particle contamination or carbon due to thermal decomposition of the precursor It is possible to form a high purity metal, metal oxide, or metal nitride thin film without impurity contamination.

이에 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 상기한 금속 함유 박막의 형성 공정에 의해 제조된 금속 함유 박막을 제공한다.Thus, according to another embodiment of the present invention provides a metal-containing thin film prepared by the process of forming the metal-containing thin film described above.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

제조예Manufacturing example 1 One

250ml 슐렝크 플라스크에 무수 트리메틸인듐 10g(62.5mmol)과 톨루엔 200ml를 넣고 -20℃로 냉각시켜 제조한 용액에, 트리클로로인듐 6.91g(31.3mmol)을 천천히 적가하고 30분간 교반한 후, 서서히 온도를 올려 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 흰색 고체로서 하기와 같은 구조를 갖는 클로로디메틸인듐(1-1) 16.9g (93.7mmol)을 얻었다.To a solution prepared by adding 10 g (62.5 mmol) of anhydrous trimethylindium and 200 ml of toluene to a 250 ml Schlenk flask and cooling to -20 ° C, 6.91 g (31.3 mmol) of trichloroindium was slowly added dropwise and stirred for 30 minutes, and then gradually It was raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to give 16.9g (93.7mmol) of chlorodimethylindium (1-1) having the following structure as a white solid.

Figure 112012024153170-pat00005
(1-1)
Figure 112012024153170-pat00005
(1-1)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.185(s, 6H)
1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C): 0.185 (s, 6H)

제조예Manufacturing example 2  2

250ml 슐렝크 플라스크에 무수 트리에틸인듐 10g(49.5mmol)과 톨루엔 200 ml를 넣고 -20℃로 냉각시켜 제조한 용액에, 트리클로로인듐 5.47g(24.8mmol)을 천천히 적가하고, 30분간 교반한 후 서서히 온도를 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 흰색 고체로서 하기와 같은 구조를 갖는 클로로디에틸인듐(1-2) 15.4g(73.9mmol)을 얻었다.To a solution prepared by adding 10 g (49.5 mmol) of anhydrous triethylindium and 200 ml of toluene to a 250 ml Schlenk flask and cooling to -20 ° C, 5.47 g (24.8 mmol) of trichloroindium was slowly added dropwise and stirred for 30 minutes. The temperature was gradually raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to give 15.4 g (73.9 mmol) of chlorodiethylindium (1-2) having the following structure as a white solid.

Figure 112012024153170-pat00006
(1-2)
Figure 112012024153170-pat00006
(1-2)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.195(q, 4H), 0.91(t, 6H)
1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.195 (q, 4H), 0.91 (t, 6H)

제조예Manufacturing example 3  3

250ml 슐렝크 플라스크에 무수 트리메틸갈륨 10g(87.1mmol)과 헥산 200ml를 넣고 -20℃로 냉각시켜 제조한 용액에, 트리클로로갈륨 7.67g(43.6mmol)을 천천히 적가하고, 30분간 교반 후 서서히 온도를 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 흰색 고체로서 하기와 같은 구조를 갖는 클로로디메틸갈륨(1-3) 17.6g(130.1mmol)을 얻었다. To a solution prepared by adding 10 g (87.1 mmol) of anhydrous trimethylgallium and 200 ml of hexane to a 250 ml Schlenk flask, slowly adding dropwise addition of 7.67 g (43.6 mmol) of trichlorogallium to the solution prepared by cooling to -20 ° C, and then slowly stirring the temperature. Raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to give 17.6 g (130.1 mmol) of chlorodimethylgallium (1-3) having a structure as follows as a white solid.

Figure 112012024153170-pat00007
(1-3)
Figure 112012024153170-pat00007
(1-3)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.201(s, 6H)
1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.201 (s, 6H)

제조예Manufacturing example 4 4

250ml 슐렝크 플라스크에 무수 트리메틸알루미늄 10g(138.7mmol)과 헥산 200 ml를 넣고 -20℃로 냉각시켜 제조한 용액에, 트리클로로알루미늄 9.25g(69.4mmol)을 천천히 적가하고, 30분간 교반 후 서서히 온도를 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 흰색 고체의 하기와 같은 구조를 갖는 클로로디메틸알루미늄(1-4) 19.2g(207.6mmol)을 얻었다.To a solution prepared by adding 10 g (138.7 mmol) of anhydrous trimethylaluminum and 200 ml of hexane to a 250 ml Schlenk flask, and slowly cooling to -20 ° C, 9.25 g (69.4 mmol) of trichloroaluminum was slowly added dropwise, followed by stirring for 30 minutes and then slowly It was raised and stirred at room temperature. After the completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to obtain 19.2 g (207.6 mmol) of chlorodimethylaluminum (1-4) having a white solid as follows.

Figure 112012024153170-pat00008
(1-4)
Figure 112012024153170-pat00008
(1-4)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : -0.331(s, 6H)
1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): -0.331 (s, 6H)

실시예Example 1 One

500mL 슐렝크 플라스크에 무수 디에틸에테르를 300mL 넣고, -40℃로 냉각 시키면서 메틸리튬(1.6M in 디에틸에테르) 용액 49.3ml(78.9mmol)를 넣은 뒤, -40℃에서 디이소프로필카르보이미드 9.96g(78.9mmol)를 천천히 적가하고, 서서히 실온으로 올려서 4시간 교반하였다. 결과로 수득된 용액을 -40℃로 냉각한 후 상기 제조예 1에서 제조된 클로로디메틸인듐 15g(83.1mmol)을 천천히 투입하였다. 투입이 끝나면 결과로 수득된 반응물의 온도를 서서히 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 옅은 노란색 액체를 얻었고, 상기 액체를 진공 증류하여 불순물을 제거한 뒤 투명한 무색의 액체 화합물(1)을 얻었다. 상기 화합물(1)는 대기에 노출 되어도 발화 되거나 분해되지 않았다.300 mL of anhydrous diethyl ether was added to a 500 mL Schlenk flask, and 49.3 ml (78.9 mmol) of methyllithium (1.6 M in diethyl ether) solution was added while cooling to -40 ° C., followed by diisopropylcarmide at -40 ° C. 9.96 g (78.9 mmol) was slowly added dropwise, and the mixture was slowly raised to room temperature and stirred for 4 hours. The resulting solution was cooled to −40 ° C., and then 15 g (83.1 mmol) of chlorodimethylindium prepared in Preparation Example 1 was slowly added thereto. After the addition, the temperature of the resulting reaction was gradually raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to obtain a pale yellow liquid. The liquid was distilled under vacuum to remove impurities to obtain a clear colorless liquid compound (1). Compound (1) did not ignite or decompose upon exposure to air.

Figure 112012024153170-pat00009
(1)
Figure 112012024153170-pat00009
(One)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.148(s, 6H), 0.92(d, 12H), 1.436(s, 3H), 3.38(s, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.148 (s, 6H), 0.92 (d, 12H), 1.436 (s, 3H), 3.38 (s, 2H)

13C-NMR(C6D6, 25℃) : -6.269(s, 2C), 10.99(s, 1C), 25.774(s, 4C), 45.587(s, 2C), 167.59(s, 1C) 13 C-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C): -6.269 (s, 2C), 10.99 (s, 1C), 25.774 (s, 4C), 45.587 (s, 2C), 167.59 (s, 1C)

DSC : 230℃
DSC: 230 ℃

실시예Example 2 2

500mL 슐렝크 플라스크에 무수 디에틸에테르를 300mL 넣고, -40℃로 냉각 시키면서 리튬디메틸아민 4.03g(78.95mmol)을 넣은 뒤, -40℃에서 디이소프로필카르보이미드 9.96g(78.95mmol)를 천천히 적가하고, 서서히 실온으로 올려서 4시간 교반하였다. 결과로 수득된 용액을 -40℃로 냉각한 후, 상기 제조예 1에서 제조한 클로로디메틸인듐 15g(83.1mmol)을 천천히 투입하였다. 투입이 끝나면 결과로 수득된 반응물의 온도를 서서히 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 옅은 노란색 액체를 얻었고, 상기 액체를 진공 증류하여 불순물을 제거한 뒤 투명한 무색의 액체 화합물(2)를 얻었다. 제조된 화합물(2)은 대기에 노출되어도 발화되거나 분해되지 않았다.300 mL of anhydrous diethyl ether was added to a 500 mL Schlenk flask, and 4.03 g (78.95 mmol) of lithium dimethylamine was added while cooling to -40 ° C., and then 9.96 g (78.95 mmol) of diisopropylcarbide was slowly added at -40 ° C. The mixture was added dropwise and gradually raised to room temperature, followed by stirring for 4 hours. After cooling the resulting solution to -40 ℃, 15 g (83.1 mmol) of chlorodimethyl indium prepared in Preparation Example 1 was slowly added. After the addition, the temperature of the resulting reaction was gradually raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to obtain a pale yellow liquid. The liquid was distilled under vacuum to remove impurities to obtain a clear colorless liquid compound (2). The prepared compound (2) did not ignite or decompose even when exposed to the atmosphere.

Figure 112012024153170-pat00010
(2)
Figure 112012024153170-pat00010
(2)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.173(s, 6H), 0.97(d, 12H), 2.42(s, 6H), 3.50(s, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.173 (s, 6H), 0.97 (d, 12H), 2.42 (s, 6H), 3.50 (s, 2H)

13C-NMR(C6D6, 25℃) : -5.804(s, 2C), 25.404(s, 4C), 39.234(s, 2C), 46.05(s, 2C), 167.081(s, 1C) 13 C-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): -5.804 (s, 2C), 25.404 (s, 4C), 39.234 (s, 2C), 46.05 (s, 2C), 167.081 (s, 1C)

DSC : 250℃
DSC: 250 ℃

실시예Example 3  3

500mL 슐렝크 플라스크에 무수 디에틸에테르를 300mL를 넣고, -40℃로 냉각 시키면서 리튬디메틸아민 3.49g(68.4mmol)을 넣은 뒤, -40℃에서 디이소프로필카르보이미드 8.63g(68.4mmol)를 천천히 적가하고, 서서히 실온으로 올려서 4시간 교반하였다. 결과로 수득된 용액을 -40℃로 냉각한 후, 상기 제조예 2에서 제조한 클로로디에틸인듐 15g(72mmol)을 천천히 투입하였다. 투입이 끝나면 결과로 수득된 반응물의 온도를 서서히 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 옅은 노란색 액체를 얻었고, 상기 액체를 진공 증류하여 불순물을 제거한 뒤 투명한 무색의 액체 화합물(3)을 얻었다. 제조된 화합물(3)은 대기에 노출되어도 발화되거나 분해되지 않았다.300 mL of anhydrous diethyl ether was added to a 500 mL Schlenk flask, and 3.49 g (68.4 mmol) of lithium dimethylamine was added while cooling to -40 ° C., followed by 8.63 g (68.4 mmol) of diisopropylcarbodiimide at -40 ° C. It was slowly added dropwise, and gradually raised to room temperature, followed by stirring for 4 hours. The resulting solution was cooled to −40 ° C., and then 15 g (72 mmol) of chlorodiethylindium prepared in Preparation Example 2 was slowly added thereto. After the addition, the temperature of the resulting reaction was gradually raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to obtain a pale yellow liquid. The liquid was distilled under vacuum to remove impurities to obtain a clear colorless liquid compound (3). The prepared compound (3) did not ignite or decompose even when exposed to the atmosphere.

Figure 112012024153170-pat00011
(3)
Figure 112012024153170-pat00011
(3)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.158(q, 4H), 0.83(t, 6H), 0.99(d, 12H), 2.44(s, 6H), 3.57(s, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.158 (q, 4H), 0.83 (t, 6H), 0.99 (d, 12H), 2.44 (s, 6H), 3.57 (s, 2H)

13C-NMR(C6D6, 25℃) : 0.037(s, 2H), 19.457(s, 2C), 26.521(s, 4C), 40.338(s, 2C), 46.511(s, 2C), 168.256(s, 1C)
13 C-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.037 (s, 2H), 19.457 (s, 2C), 26.521 (s, 4C), 40.338 (s, 2C), 46.511 (s, 2C), 168.256 (s, 1C)

실시예Example 4 4

500mL 슐렝크 플라스크에 무수 디에틸에테르를 300ml를 넣고, -40℃로 냉각 시키면서 메틸리튬(1.6M in 디에틸에테르) 용액 65.8ml(105.4mmol)를 넣은 뒤, -40℃에서 디이소프로필카르보이미드 13.3g(105.4mmol)를 천천히 적가하고, 서서히 실온으로 올려서 4시간 교반하였다. 결과로 수득된 용액을 -40℃로 냉각한 후, 상기 제조예 3에서 제조된 클로로디메틸갈륨 15g(110.9mmol)을 천천히 투입하였다. 투입이 끝나면 결과로 수득된 반응물의 온도를 서서히 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 옅은 노란색 액체를 얻었고, 상기 액체를 진공 증류하여 불순물을 제거한 뒤 투명한 무색의 액체 화합물(4)을 얻었다. 제조된 화합물(4)은 대기에 노출되어도 발화되거나 분해되지 않았다.300 ml of anhydrous diethyl ether was added to a 500 mL Schlenk flask, and 65.8 ml (105.4 mmol) of methyllithium (1.6 M in diethyl ether) solution was added while cooling to -40 ° C., followed by diisopropyl carboy at -40 ° C. 13.3 g (105.4 mmol) of meads was slowly added dropwise, and the mixture was slowly raised to room temperature and stirred for 4 hours. After cooling the resulting solution to -40 ℃, 15 g (110.9 mmol) of chlorodimethylgallium prepared in Preparation Example 3 was slowly added. After the addition, the temperature of the resulting reaction was gradually raised and stirred at room temperature. After the completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to obtain a pale yellow liquid. The liquid was distilled under vacuum to remove impurities to obtain a clear colorless liquid compound (4). The prepared compound (4) did not ignite or decompose even when exposed to the atmosphere.

Figure 112012024153170-pat00012
(4)
Figure 112012024153170-pat00012
(4)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.106(s, 6H), 0.96(d, 12H), 1.354(s, 3H), 3.289(s, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.106 (s, 6H), 0.96 (d, 12H), 1.354 (s, 3H), 3.289 (s, 2H)

13C-NMR(C6D6, 25℃) : -5.544(s, 2C), 9.957(s, 1C), 25.115(s, 4C), 45.356(s, 2C), 167.63(s, 1C) 13 C-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C): -5.544 (s, 2C), 9.957 (s, 1C), 25.115 (s, 4C), 45.356 (s, 2C), 167.63 (s, 1C)

DSC : 232℃
DSC: 232 ℃

실시예Example 5  5

500mL 슐렝크 플라스크에 무수 디에틸에테르를 300mL 넣고, -40℃로 냉각 시키면서 리튬디메틸아민 5.38g(105.4mmol)을 넣은 뒤, -40℃에서 디이소프로필카르보이미드 13.3g(105.4mmol)를 천천히 적가하고, 서서히 실온으로 올려서 4시간 교반하였다. 결과로 수득된 용액을 -40℃로 냉각한 후, 상기 제조예 3에서 제조한 클로로디메틸갈륨 15g(110.9mmol)을 천천히 투입하였다. 투입이 끝나면 결과로 수득된 반응물의 온도를 서서히 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 옅은 노란색 액체를 얻었고, 상기 액체를 진공 증류하여 불순물을 제거한 뒤 투명한 무색의 액체 화합물(5)를 얻었다. 제조된 화합물(5)은 대기에 노출되어도 발화되거나 분해되지 않았다.300 mL of anhydrous diethyl ether was added to a 500 mL Schlenk flask, and 5.38 g (105.4 mmol) of lithium dimethylamine was added while cooling to -40 ° C., and then 13.3 g (105.4 mmol) of diisopropylcarbodiim was slowly added at -40 ° C. The mixture was added dropwise and gradually raised to room temperature, followed by stirring for 4 hours. After cooling the resulting solution to -40 ℃, 15 g (110.9 mmol) of chlorodimethylgallium prepared in Preparation Example 3 was slowly added. After the addition, the temperature of the resulting reaction was gradually raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to obtain a pale yellow liquid. The liquid was distilled under vacuum to remove impurities to obtain a clear colorless liquid compound (5). The prepared compound (5) did not ignite or decompose even when exposed to the atmosphere.

Figure 112012024153170-pat00013
(5)
Figure 112012024153170-pat00013
(5)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : 0.147(s, 6H), 1.025(d, 12H), 2.341(s, 6H), 3.404(s, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): 0.147 (s, 6H), 1.025 (d, 12H), 2.341 (s, 6H), 3.404 (s, 2H)

13C-NMR(C6D6, 25℃) : -4.580(s, 2C), 24.348(s, 4C), 38.534(s, 2C), 45.523(s, 2C), 165.843(s, 1C) 13 C-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): -4.580 (s, 2C), 24.348 (s, 4C), 38.534 (s, 2C), 45.523 (s, 2C), 165.843 (s, 1C)

DSC : 232℃
DSC: 232 ℃

실시예Example 6 6

500mL 슐렝크 플라스크에 무수 디에틸에테르를 300ml를 넣고, -40℃로 냉각 시키면서 메틸리튬(1.6M in 디에틸에테르) 용액 96.3ml(154.1mmol)를 넣은 뒤, -40℃에서 디이소프로필카르보이미드 19.45g(154.1mmol)를 천천히 적가하고, 서서히 실온으로 올려서 4시간 교반하였다. 결과로 수득된 용액을 -40℃로 냉각한 후 상기 제조예 4에서 제조된 클로로디메틸알루미늄 15g(162.2mmol)을 천천히 투입하였다. 투입이 끝나면 결과로 수득된 반응물의 온도를 서서히 올려서 실온에서 교반하였다. 반응 종료 후 상온에서 진공을 이용하여 용매를 제거하여 옅은 노란색 액체를 얻었고, 상기 액체를 진공 증류하여 불순물을 제거한 뒤 투명한 무색의 액체 화합물(6)를 얻었다. 제조된 화합물(6)은 대기에 노출되어도 발화되거나 분해되지 않았다.300 ml of anhydrous diethyl ether was added to a 500 mL Schlenk flask, and 96.3 ml (154.1 mmol) of methyllithium (1.6 M in diethyl ether) solution was added while cooling to -40 ° C., followed by diisopropyl carboy at -40 ° C. 19.45 g (154.1 mmol) of meads were slowly added dropwise, and the mixture was slowly raised to room temperature and stirred for 4 hours. The resulting solution was cooled to −40 ° C., and then 15 g (162.2 mmol) of chlorodimethylaluminum prepared in Preparation Example 4 was slowly added thereto. After the addition, the temperature of the resulting reaction was gradually raised and stirred at room temperature. After completion of the reaction, the solvent was removed using a vacuum at room temperature to obtain a pale yellow liquid. The liquid was distilled under vacuum to remove impurities to obtain a clear colorless liquid compound (6). The prepared compound (6) did not ignite or decompose even when exposed to the atmosphere.

Figure 112012024153170-pat00014
(6)
Figure 112012024153170-pat00014
(6)

1H-NMR(C6D6, 25℃) : -0.264(s, 6H), 0.96(d, 12H), 1.286(s, 3H), 3.134(s, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): -0.264 (s, 6H), 0.96 (d, 12H), 1.286 (s, 3H), 3.134 (s, 2H)

13C-NMR(C6D6, 25℃) : -9.557(s, 2C), 9.974(s, 1C), 24.902(s, 4C), 45.533(s, 2C), 171.589(s, 1C) 13 C-NMR (C 6 D 6 , 25 ° C.): -9.557 (s, 2C), 9.974 (s, 1C), 24.902 (s, 4C), 45.533 (s, 2C), 171.589 (s, 1C)

DSC : 235℃
DSC: 235 ℃

실시예Example 7 7

상기 실시예 1에서 제조된 금속 전구체를 원자층 증착법을 통해 인듐 금속 박막을 형성하였다. 이때 기판으로는 TiN를 사용하였으며, 기판을 200 내지 350℃로 가열하였으며, 금속 전구체는 스테인레스 스틸 재질의 버블러 용기에 담아 40 내지 60℃의 온도범위에서 가열하여 기화시켰다. 이때 반응 가스는 암모니아를 사용하여 ALD 공정을 통해 금속 박막을 형성하였다.
The metal precursor prepared in Example 1 was formed through an atomic layer deposition method to form an indium metal thin film. At this time, TiN was used as the substrate, and the substrate was heated to 200 to 350 ° C., and the metal precursor was vaporized by heating in a temperature range of 40 to 60 ° C. in a bubbler container made of stainless steel. At this time, the reaction gas was formed of a metal thin film through an ALD process using ammonia.

시험예Test Example

본 발명에 따른 금속 전구체의 휘발성 및 열안정성을 평가하기 위하여 하기와 같은 방법으로 열중량분석(TGA) 및 시차주사열량(DSC)을 측정하였다.In order to evaluate the volatility and thermal stability of the metal precursor according to the present invention, the thermogravimetric analysis (TGA) and the differential scanning calorimetry (DSC) were measured by the following method.

1) 상기 실시예 1, 2 및 4 내지 6에서 제조된 금속 전구체에 대해 아르곤 가스를 200ml/min으로 흘려주는 분위기에서 승온 속도 10℃/min의 조건으로 400℃까지 열중량분석(TGA)을 실시하였다. 비교를 위해 공지의 금속 박막 형성용 금속 전구체인 (N,N'-디이소프로필아세트아미디나토)비스(디메틸아미도)갈륨(Ga(dipma)(NMe)2)을 비교예1로 사용하였다. 그 측정 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.1) Thermogravimetric analysis (TGA) was performed up to 400 ° C. under a condition of an elevated temperature of 10 ° C./min in an atmosphere in which argon gas was flowed at 200 ml / min for the metal precursors prepared in Examples 1, 2, and 4 to 6 above. It was. For comparison, a known metal precursor for forming a metal thin film, (N, N'-diisopropylacetamidinato) bis (dimethylamido) gallium (Ga (dipma) (NMe) 2 ) was used as Comparative Example 1. . The measurement results are shown in Table 1 and FIG. 1.

도 1은 실시예 1, 2, 및 4 내지 6에서 제조된 금속 전구체에 대한 TGA 측정 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the results of TGA measurement for the metal precursor prepared in Examples 1, 2, and 4 to 6.

TGA(℃)TGA (℃) 실시예 1Example 1 140140 실시예 2Example 2 170170 실시예 4Example 4 120120 실시예 5Example 5 156156 실시예 6Example 6 130130 비교예 1Comparative Example 1 185185

상기 표 1 및 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 4 내지 6의 금속 전구체는 비교예 1에 비해 현저히 개선된 휘발성을 나타내었다.As shown in Table 1 and FIG. 1, the metal precursors of Examples 1, 2, and 4 to 6 according to the present invention showed significantly improved volatility compared to Comparative Example 1.

2) 상기 실시예 1, 2 및 4 내지 6에서 제조된 금속 전구체에 대해 밀폐된 용기에서 승온 속도 10℃/min의 조건으로 400℃까지 시차주사열량(DSC)을 측정하였다. 비교를 위해 종래 금속 박막 형성용 전구체로 사용되는 트리메틸인듐(TMIn)을 비교예 2로 사용하였다. 그 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.2) Differential scanning calorimetry (DSC) was measured up to 400 ° C. under conditions of a temperature rising rate of 10 ° C./min in a sealed container for the metal precursors prepared in Examples 1, 2 and 4 to 6 above. For comparison, trimethylindium (TMIn), which is conventionally used as a precursor for forming a metal thin film, was used as Comparative Example 2. The measurement results are shown in Table 2 below.

DSC(℃)DSC (占 폚) 실시예 1Example 1 230230 실시예 2Example 2 250250 실시예 4Example 4 232232 실시예 5Example 5 232232 실시예 6Example 6 235235 비교예 2Comparative Example 2 101℃ 이상에서 분해Decomposition above 101 ℃

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 2의 트리메틸인듐이 101℃ 이상에서 분해되기 시작하는데 반해 실시예 1, 2 및 4~6의 금속 전구체는 230℃ 이상에서 분해되기 때문에 우수한 열 안정성을 가짐을 확인할 수 있다. As shown in Table 2, the trimethyl indium of Comparative Example 2 starts to decompose at 101 ° C or more, whereas the metal precursors of Examples 1, 2 and 4 to 6 have excellent thermal stability because they decompose at 230 ° C or more. You can check it.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (11)

하기 화학식 1의 구조를 갖는 금속 전구체:
[화학식 1]
Figure 112012090615817-pat00015

상기 화학식 1에서,
M는 In이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기이고,
X는 -NR5R6(이때 R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기임)이다.
A metal precursor having the structure of Formula 1
[Formula 1]
Figure 112012090615817-pat00015

In Chemical Formula 1,
M is In,
R 1 to R 4 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 ,
X is -NR 5 R 6 , wherein R 5 and R 6 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 .
제1항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸기(methyl) 또는 에틸기(ethyl)인 금속 전구체.
The method of claim 1,
Wherein R 1 and R 2 are each independently a methyl group or a methyl group.
제1항에 있어서,
상기 X는 디메틸아미노기(dimethylamino), 에틸메틸아미노기(ethylmethylamino), 디에틸아미노기(diethylamino), 디프로필아미노기(dipropylamino), 및 디이소프로필아미노기(diisopropylamino)로 이루어진 군에서 선택되는 것인 금속 전구체.
The method of claim 1,
X is a metal precursor selected from the group consisting of dimethylamino group (dimethylamino), ethylmethylamino group (ethylmethylamino), diethylamino group (diethylamino), dipropylamino group (dipropylamino), and diisopropylamino group (diisopropylamino).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 하기 화학식 1의 금속 전구체를 금속 박막 형성용 기판 위로 공급한 후 반응성 가스의 존재 하에서 열처리, 플라즈마 처리 또는 광 조사하는 단계를 포함하는 금속 함유 박막의 형성방법:
[화학식 1]
Figure 112012090615817-pat00018

상기 화학식 1에서,
M는 In이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기이고,
X는 -NR5R6(이때 R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기임)이다.
A method of forming a metal-containing thin film comprising supplying a metal precursor of Formula 1 to a substrate for forming a metal thin film and then performing heat treatment, plasma treatment, or light irradiation in the presence of a reactive gas:
[Formula 1]
Figure 112012090615817-pat00018

In Chemical Formula 1,
M is In,
R 1 to R 4 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 ,
X is -NR 5 R 6 , wherein R 5 and R 6 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 .
제9항에 있어서,
상기 반응성 가스는 수증기, 산소, 오존, 수소, 암모니아, 히드라진 및 실란으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 금속 함유 박막의 형성방법.
10. The method of claim 9,
And the reactive gas is selected from the group consisting of water vapor, oxygen, ozone, hydrogen, ammonia, hydrazine and silane.
하기 화학식 1의 금속 전구체를 금속 박막 형성용 기판 위로 공급한 후 반응성 가스의 존재 하에서 열처리, 플라즈마 처리 또는 광 조사하여 제조된 금속 함유 박막:
[화학식 1]
Figure 112012090615817-pat00019

상기 화학식 1에서,
M는 In이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기이고,
X는 -NR5R6(이때 R5 및 R6는 각각 독립적으로 C1 내지 C6의 알킬기임)이다.
A metal-containing thin film prepared by supplying a metal precursor of Chemical Formula 1 onto a substrate for forming a metal thin film and then heat-treating, plasma treating or irradiating light in the presence of a reactive gas:
[Formula 1]
Figure 112012090615817-pat00019

In Chemical Formula 1,
M is In,
R 1 to R 4 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 ,
X is -NR 5 R 6 , wherein R 5 and R 6 are each independently an alkyl group of C 1 to C 6 .
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