KR101380317B1 - Cyclic aminosilane compounds having excellent affinity towards silicon and metal atoms, preparing method thereof, and its application - Google Patents

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KR101380317B1 KR1020130055251A KR20130055251A KR101380317B1 KR 101380317 B1 KR101380317 B1 KR 101380317B1 KR 1020130055251 A KR1020130055251 A KR 1020130055251A KR 20130055251 A KR20130055251 A KR 20130055251A KR 101380317 B1 KR101380317 B1 KR 101380317B1
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Abstract

화학식 (1) 내지 (4) 중 어느 하나로 표시되는, 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하는 고리형 아미노실란 화합물 및 이의 제조방법과 이의 응용이 개시된다:

Figure 112013043073791-pat00042

상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자 또는 NR기이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이며, 및 R은 수소원자 또는 C1-C10 알킬기이다. 본 발명에 따른 상기 고리형 아미노실란 화합물은 실리콘 원자 및 금속 원자에 강한 친화력을 나타내기 때문에 이를 이용하면 고품질의 실리콘막을 효율적으로 얻을 수 있다.Disclosed are a cyclic aminosilane compound including a oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom together in one ring represented by one of the formulas (1) to (4), a method for preparing the same, and an application thereof:
Figure 112013043073791-pat00042

In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, X is each independently an oxygen atom, a sulfur atom or an NR group, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, A C1-C10 alkoxy group, a C6-C12 aryl group, a vinyl group or an allyl group, and R is a hydrogen atom or a C1-C10 alkyl group. Since the cyclic aminosilane compound according to the present invention exhibits a strong affinity for silicon atoms and metal atoms, it is possible to efficiently obtain a high quality silicon film.

Description

실리콘 원자 및 금속 원자에 대한 친화성이 우수한 고리형 아미노실란 화합물, 이의 제조방법 및 이의 응용{Cyclic aminosilane compounds having excellent affinity towards silicon and metal atoms, preparing method thereof, and its application}Cyclic aminosilane compounds having excellent affinity towards silicon and metal atoms, preparing method approximately, and its application}

본 발명은 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물, 이의 제조방법 및 이의 응용에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 반도체 장치 제조시 사용되는 실리콘 전구체 화합물로서 실리콘 원자 및 금속 원자에 강한 친화력을 나타낼 수 있는 고리형 아미노실란 화합물, 이의 제조방법 및 이의 응용에 관한 것이다.The present invention relates to a cyclic aminosilane compound containing an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom, a method for preparing the same, and an application thereof. More specifically, the present invention relates to a cyclic aminosilane compound capable of exhibiting strong affinity for silicon atoms and metal atoms as a silicon precursor compound used in the manufacture of semiconductor devices, a method for producing the same, and applications thereof.

반도체 소자의 제조 공정에 있어서 실리콘막 또는 실리콘을 함유하는 물질막을 형성하기 위한 다양한 실리콘 전구체가 개발되고 있다. 그 중에서 비스디에틸아미노실란(BDEAS) 및 디-이소-프로필아미노실란(DIPAS)이 가장 우수한 실리콘 전구체로서 평가를 받아 최근 선폭 20nm 이하의 반도체 장치의 개발에 채택되고 있다. 사슬형 아미노실란인 BDEAS 및 DIPAS는 끓는점이 낮은 화합물에 속한다. 그러나, BDEAS는 화학구조적으로 사슬 구조를 가지고 있어 실리콘 산화물막, 실리콘 질화물막 또는 각종 금속 배선막 등의 하부구조물(이하, 단순히 '하부구조물'이라고 칭함)에 친화력 및 결합력이 낮기 때문에 낮은 실리콘막의 증착 속도, 증착된 실리콘막 중의 높은 기공 밀도, 및 증착된 실리콘막의 낮은 증착 균일도 등의 단점을 갖는다. 최근 선폭이 더 미세화됨에 따라 분자 사이즈가 상대적으로 작은 DIPAS가 널리 사용되고 있다. 그러나 이 화합물도 사슬형 알킬 아민이라 하부 구조물에 대한 친화력 및 결합력이 떨어진다.Various silicon precursors for forming a silicon film or a material film containing silicon have been developed in the manufacturing process of a semiconductor device. Among them, bisdiethylaminosilane (BDEAS) and di-iso-propylaminosilane (DIPAS) have been evaluated as the most excellent silicon precursors and have recently been adopted for the development of semiconductor devices with a line width of 20 nm or less. The chained aminosilanes BDEAS and DIPAS belong to low boiling compounds. However, since BDEAS has a chemical structure in a chain structure, it has a low affinity and bonding strength to substructures (hereinafter, simply referred to as 'substructures') such as silicon oxide films, silicon nitride films, or various metal wiring films, so that deposition of low silicon films is performed. Speed, high pore density in the deposited silicon film, and low deposition uniformity of the deposited silicon film. Recently, as the line width becomes smaller, DIPAS having a relatively small molecular size is widely used. However, this compound is also a chained alkyl amine, resulting in poor affinity and binding capacity for the underlying structure.

따라서 상기한 종래의 사슬형 실리콘 전구체의 문제점을 해결할 수 있는 실리콘 전구체의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of a silicon precursor that can solve the problems of the conventional chain silicon precursor described above.

본 발명의 목적은 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 하부 구조물과의 친화력 및 결합력이 높기 때문에 높은 실리콘막의 증착 속도, 증착된 실리콘막 중의 낮은 기공 밀도, 및/또는 증착된 실리콘막의 높은 증착 균일도 등의 장점을 나타낼 수 있는 실리콘 전구체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide advantages such as high deposition rate of silicon film, low pore density in deposited silicon film, and / or high deposition uniformity of deposited silicon film due to high affinity and bonding strength with underlying structures in the manufacturing process of semiconductor devices. It is to provide a silicon precursor that can represent.

본 발명의 다른 목적은 상기한 실리콘 전구체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the silicon precursor described above.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 실리콘 전구체를 이용하는 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a thin film forming method using the silicon precursor described above.

상기 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은,According to an aspect of the present invention,

하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물을 제공한다.Provided are a cyclic aminosilane compound comprising an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom together in one ring or comprising two nitrogen atoms.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 고리형 아미노실란 화합물은 하기 화학식 (1) 내지 (4) 중 어느 하나로 표시될 수 있다:In one embodiment of the present invention, the cyclic aminosilane compound may be represented by any one of the following formulas (1) to (4):

Figure 112013043073791-pat00001
Figure 112013043073791-pat00001

상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자 또는 NR기이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이며, 및 R은 수소원자 또는 C1-C10 알킬기이다.In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, each X is independently an oxygen atom, a sulfur atom or an NR group, R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, C1- A C10 alkoxy group, a C6-C12 aryl group, a vinyl group or an allyl group, and R is a hydrogen atom or a C1-C10 alkyl group.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 고리형 아미노실란 화합물은 하기 화학식 (5) 내지 (8)로 표시되는 모폴리노실란 화합물 또는 티오모폴리노실란 화합물, N-메틸 피페라지노실란 중의 어느 하나일 수 있다:.In one embodiment of the present invention, the cyclic aminosilane compound is any of a morpholinosilane compound, a thiomorpholinosilane compound represented by the following formulas (5) to (8), N-methyl piperazinosilane Can be one :.

Figure 112013043073791-pat00002
.
Figure 112013043073791-pat00002
.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면은,According to another aspect of the present invention,

하기 반응식 1에 따라 할로겐화 실란 화합물 (A)와 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아민 화합물 (B)의 반응에 의하여 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물 (1), (2), (3), 또는 (4)를 얻는 단계를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법을 제공한다:According to Scheme 1 below, one ring is formed by reaction of a halogenated silane compound (A) with a cyclic amine compound (B) containing oxygen atoms or sulfur atoms and nitrogen atoms together in one ring or two nitrogen atoms. A cyclic comprising the step of obtaining a cyclic aminosilane compound (1), (2), (3), or (4) which together contains an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom or comprising two nitrogen atoms Provided are methods for preparing aminosilane compounds:

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112013043073791-pat00003
Figure 112013043073791-pat00003

상기 식에서, A, B, C, 및 D는 각각 독립적으로 F, Cl, Br, I 또는 수소원자이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자 또는 NR기이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이며, 및 R은 수소원자 또는 C1-C10 알킬기이다.Wherein A, B, C, and D are each independently F, Cl, Br, I or a hydrogen atom, n and m are each independently integers of 0 to 5, X is each independently an oxygen atom, sulfur An atom or an NR group, R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C1-C10 alkoxy group, a C6-C12 aryl group, a vinyl group or an allyl group, and R is a hydrogen atom or a C1-C10 alkyl group to be.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 반응식 1에 따른 화학 반응은 유기 용매 중에서 일어나고, 상기 유기 용매는 C4 내지 C10 알칸, C4 내지 C10 시클로알칸, C6 내지 C8 방향족 탄화수소, C2 내지 C10 지방족 에테르, C4 내지 C10 고리형 지방족 에테르 또는 이들의 혼합물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the chemical reaction according to Scheme 1 occurs in an organic solvent, the organic solvent is C4 to C10 alkanes, C4 to C10 cycloalkanes, C6 to C8 aromatic hydrocarbons, C2 to C10 aliphatic ethers, C4 To C10 cyclic aliphatic ethers or mixtures thereof.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 할로겐화 실란 화합물 (A)는 하기 화학식 (C), (D), (E) 또는 (F)로 표시되는 염소가 치환된 실란 화합물일 수 있다:In one embodiment of the present invention, the halogenated silane compound (A) may be a chlorine substituted chlorine compound represented by the following formula (C), (D), (E) or (F):

Figure 112013043073791-pat00004
.
Figure 112013043073791-pat00004
.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 측면은,Another aspect of the present invention to achieve the above another technical problem,

페닐실란과 트리플루오로메탄설폰산을 반응시켜 실릴 트리플레이트(silyl triflate)를 얻은 후, 상기 실릴 트리플레이트를 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 하기 고리형 아민 화합물 (B)와 반응시켜 하기 고리형 아미노실란 화합물 (1)을 얻는 단계를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법을 제공한다:After reacting phenylsilane with trifluoromethanesulfonic acid to obtain silyl triflate, the silyl triflate contains oxygen or sulfur atom and nitrogen atom together in one ring or two nitrogen atoms. There is provided a process for the preparation of a cyclic aminosilane compound comprising the step of reacting with a cyclic amine compound (B) comprising the following cyclic aminosilane compound (1):

Figure 112013043073791-pat00005
,
Figure 112013043073791-pat00006
.
Figure 112013043073791-pat00005
,
Figure 112013043073791-pat00006
.

즉 이 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법에 따르면, 하기 반응식 2에 표시된 바에 따라 페닐실란과 트리플루오로메탄설폰산을 반응시켜 실릴 트리플레이트(silyl triflate)를 얻은 후, 상기 실릴 트리플레이트를 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아민 화합물 (B)와 반응시켜 고리형 아미노실란 화합물 (1)을 얻는다:That is, according to the method for preparing the cyclic aminosilane compound, as shown in Scheme 2 below, phenylsilane and trifluoromethanesulfonic acid are reacted to obtain silyl triflate, and then the silyl triflate A cyclic aminosilane compound (1) is obtained by reacting with a cyclic amine compound (B) which together contains an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom or comprising two nitrogen atoms in the ring:

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112013043073791-pat00007
Figure 112013043073791-pat00007

상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자 또는 NR기이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이며, 및 R은 수소원자 또는 C1-C10 알킬기이다.In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, each X is independently an oxygen atom, a sulfur atom or an NR group, R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, C1- A C10 alkoxy group, a C6-C12 aryl group, a vinyl group or an allyl group, and R is a hydrogen atom or a C1-C10 alkyl group.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the present invention to achieve the above another object,

박막 형성 방법으로서,As a thin film formation method,

하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물을 포함하는 전구체를 이용하여 증착 공정에 의하여 기판상에 실리콘막 또는 실리콘을 함유하는 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법을 제공한다.Containing a silicon film or silicon on a substrate by a deposition process using a precursor comprising an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom together in one ring, or a cyclic aminosilane compound containing two nitrogen atoms It provides a thin film forming method comprising the step of forming a material film.

본 발명의 일 측면에 따른 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물은 실리콘 원자 및 금속 원자와 강한 친화력을 나타낸다. 이는 상기 고리형 아미노실란 화합물이 하나의 고리 내에 실리콘 원자 및 금속 원자 등과의 상호작용을 증가시킬 수 있는 비공유 전자쌍을 갖는 산소 원자、 황 원자、질소 원자를 더 갖기 때문으로 추정된다. 또한 상기 화합물은 강한 분자간 극성 상호작용 때문에 분자 사이즈에 비하여 끓는 점이 높다. 따라서 본 발명의 일 측면에 따른 고리형 아미노실란 화합물을 무정형 실리콘막, 단결정 실리콘막 또는 다결정 실리콘막과 같은 실리콘막; 예를 들면, 폴리실리콘막, 실리콘 산화물막 또는 실리콘 질화물 막, 금속 실리콘 산화물막, 또는 금속 실리콘 질화물 막과 같은 실리콘을 함유하는 물질막(이하, 단순히 '실리콘막'으로 지칭함)의 증착 공정에 사용하면 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.A cyclic aminosilane compound including an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom in one ring or two nitrogen atoms in one ring according to an aspect of the present invention exhibits strong affinity with silicon atoms and metal atoms. This is presumably because the cyclic aminosilane compound further has oxygen atoms, sulfur atoms, and nitrogen atoms having unshared electron pairs that can increase the interaction with silicon atoms, metal atoms and the like in one ring. The compound also has a high boiling point compared to the molecular size due to the strong intermolecular polar interactions. Therefore, the cyclic aminosilane compound according to an aspect of the present invention may be a silicon film such as an amorphous silicon film, a single crystal silicon film or a polycrystalline silicon film; For example, it is used for the deposition process of a material film containing silicon such as a polysilicon film, a silicon oxide film or a silicon nitride film, a metal silicon oxide film, or a metal silicon nitride film (hereinafter simply referred to as a 'silicon film'). The following effects can be achieved.

(1) 분자 사이즈가 작기 때문에 고온에서 진행되는 증착공정에 있어서 하부구조물의 단위면적당 많은 분자가 흡착하기 때문에 실리콘막의 증착 속도, 실리콘막의 증착 밀도, 및 실리콘막의 증착 균일도 즉 스텝 커버리지가 향상된다.(1) Since the molecular size is small, many molecules per unit area of the lower structure are adsorbed in the deposition process proceeding at high temperature, so that the deposition rate of the silicon film, the deposition density of the silicon film, and the deposition uniformity, that is, the step coverage of the silicon film, are improved.

(2) 하부 구조물 내의 실리콘 원자 또는 금속 원자와 강한 친화력을 갖기 때문에 하부 구조물과의 접착력이 클 뿐만 아니라 실리콘막의 증착 속도, 실리콘막의 증착 밀도, 및 실리콘막의 증착 균일도 즉 스텝 커버리지가 향상된다.(2) Because of having a strong affinity with silicon atoms or metal atoms in the lower structure, not only the adhesion with the lower structure is large, but also the deposition rate of the silicon film, the deposition density of the silicon film, and the deposition uniformity of the silicon film, that is, the step coverage, are improved.

(3) 끓는점이 높기 때문에 고온에서 증착 공정을 진행함으로써 실리콘막의 증착 속도, 실리콘막의 증착 밀도, 및 증착 균일도 즉 스텝 커버리지를 더 향상시킬 수 있다.(3) Since the boiling point is high, the deposition process at a high temperature can be performed to further improve the deposition rate of the silicon film, the deposition density of the silicon film, and the deposition uniformity, that is, the step coverage.

도 1은 실시예 2에서 합성한 모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2a 및 2b는 각각 실시예 2에서 합성한 모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 및 13C-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 3에서 합성한 디모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 4b는 각각 실시예 3에서 합성한 디모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 및 13C-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 4에서 합성한 트리모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 6b는 각각 실시예 4에서 합성한 트리모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 및 13C-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 5에서 합성한 디티오모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 5에서 합성한 디티오모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 6에서 합성한 티오모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예 6에서 합성한 티오모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a graph showing the results of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) on morpholinosilanes synthesized in Example 2. FIG.
2A and 2B are graphs showing the results of 1 H-NMR and 13 C-NMR structural analysis to confirm the structure of the morpholinosilanes synthesized in Example 2, respectively.
3 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for dimorpholinosilanes synthesized in Example 3. FIG.
4A and 4B are graphs showing the results of 1 H-NMR and 13 C-NMR structural analysis to confirm the structure of the dimorpholinosilanes synthesized in Example 3, respectively.
5 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for trimorpholinosilanes synthesized in Example 4. FIG.
6A and 6B are graphs showing the results of 1 H-NMR and 13 C-NMR structural analysis to confirm the structure of the trimorpholinosilanes synthesized in Example 4, respectively.
7 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for dithiomorpholinosilanes synthesized in Example 5. FIG.
8 is a graph showing the results of 1 H-NMR structural analysis for confirming the structure of dithiomorpholinosilane synthesized in Example 5. FIG.
9 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for thiomorpholinosilanes synthesized in Example 6. FIG.
10 is a graph showing the results of 1 H-NMR structural analysis for confirming the structure of thiomorpholinosilane synthesized in Example 6. FIG.

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태들에 따른 고리형 아미노실란 화합물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a cyclic aminosilane compound, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same according to embodiments of the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 고리형 아미노실란 화합물은 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물이다. 상기 고리형 아미노실란 화합물은 종래 실리콘 전구체로서 흔히 사용되고 있는 사슬형 아미노실란 화합물과 구별되며 특히 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 새로운 화학구조의 고리형 아미노실란 화합물이다. 이 고리형 아미노실란 화합물은 낮은 분자량, 높은 끓는점, 및 우수한 결합력을 갖는 새로운 형태의 실리콘 전구체이다. 즉, 이 화합물은 비공유 전자쌍을 갖는 산소 원자 또는 황 원자 및 전기음성도가 높은 추가적인 질소 원자에 기인하는 강한 분자간 극성 상호작용 때문에 낮은 분자량에 비해 높은 끓는점을 갖는다. 또한 하나의 고리 내에 존재하는 비공유 전자쌍을 갖는 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자는 하부 구조물 표면의 실리콘 원자 및 금속 원자 등과의 상호작용을 증가시킬 수 있다. 즉 상기 비공유 전자쌍을 갖는 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자는 반도체 장치의 제조시 하부 구조물 표면의 Si 또는 Si-O, Si-OH와 강한 친화력을 갖는다. 따라서 본 발명의 고리형 아미노실란 화합물은 하부구조물에 우수한 증착성을 갖는다. 따라서 본 발명의 고리형 아미노실란 화합물을 반도체 장치의 제조공정 중 실리콘막의 증착 공정에 사용하면 실리콘막의 증착 속도, 실리콘막의 증착 밀도, 및 실리콘막의 증착 균일도, 즉 스텝 커버리지가 향상될 뿐만 아니라 하부 구조물과 강한 결합력을 갖는 실리콘막을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 고리형 아미노실란 화합물은 반도체 장치의 제조 과정 중 증착 공정에서 실리콘 전구체로서 유용하게 사용될 수 있다.The cyclic aminosilane compound according to the present invention is a cyclic aminosilane compound which includes an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom together in one ring or includes two nitrogen atoms. The cyclic aminosilane compound is distinguished from the chained aminosilane compound which is commonly used as a silicon precursor, and a new chemical structure including oxygen atoms or sulfur atoms and nitrogen atoms together in one ring or two nitrogen atoms. Cyclic aminosilane compound. This cyclic aminosilane compound is a new type of silicon precursor with low molecular weight, high boiling point, and good binding power. That is, the compound has a high boiling point relative to low molecular weight due to strong intermolecular polar interactions due to oxygen atoms or sulfur atoms with lone pairs and additional nitrogen atoms with high electronegativity. In addition, oxygen atoms, sulfur atoms, and nitrogen atoms having unshared electron pairs present in one ring may increase interaction with silicon atoms, metal atoms, and the like on the surface of the underlying structure. That is, the oxygen atom or sulfur atom and nitrogen atom having the lone pair have a strong affinity with Si or Si-O, Si-OH on the surface of the lower structure in the manufacture of the semiconductor device. Therefore, the cyclic aminosilane compound of the present invention has excellent deposition property on the substructure. Therefore, when the cyclic aminosilane compound of the present invention is used in the deposition process of a silicon film during the manufacturing process of a semiconductor device, not only the deposition rate of the silicon film, the deposition density of the silicon film, and the deposition uniformity of the silicon film, that is, the step coverage, but also the lower structure and the A silicon film having a strong bonding force can be obtained. Therefore, the cyclic aminosilane compound of the present invention can be usefully used as a silicon precursor in the deposition process during the manufacturing process of the semiconductor device.

상기한 본 발명의 고리형 아미노실란 화합물은 하기 화학식 (1) 내지 (4) 중 어느 하나로 표시될 수 있다:Said cyclic aminosilane compound of the present invention may be represented by any one of the following formulas (1) to (4):

Figure 112013043073791-pat00008
Figure 112013043073791-pat00008

상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자 또는 NR기이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이며, 및 R은 수소원자 또는 C1-C10 알킬기이다.In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, each X is independently an oxygen atom, a sulfur atom or an NR group, R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, C1- A C10 alkoxy group, a C6-C12 aryl group, a vinyl group or an allyl group, and R is a hydrogen atom or a C1-C10 alkyl group.

상기 n 및 m은 바람직하게는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수, 더 바람직하게는 각각 독립적으로 1 또는 2이다. R1 및 R2가 각각 독립적으로 C1-C10 알킬기인 경우, 상기 알킬기는 바람직하게는 C1-C5 알킬기, 더 바람직하게는 C1-C3 알킬기이다. 상기 알킬기의 구체적인 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 및 펜틸을 포함한다. R1 및 R2가 각각 독립적으로 C1-C10 알콕시기인 경우, 상기 알콕시기는 바람직하게는 C1-C5 알콕시기, 더 바람직하게는 C1-C3 알콕시기이다. 상기 알킬기의 구체적인 예는 메톡시, 에톡시, 프로톡시, 부톡시, 및 펜톡시를 포함한다. R1 및 R2가 각각 독립적으로 C6-C12 아릴기인 경우, 상기 아릴기는 C1-C5 알킬기 또는 C1-C5 알콕시기로 치환될 수 있다. 상기 아릴기의 구체적인 예는 페닐, 톨릴 및 나프틸을 포함한다. R이 C1-C10 알킬기, 바람직하게는 C1-C5 알킬기, 더 바람직하게는 C1-C3 알킬기이다. 상기 알킬기의 구체적인 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 및 펜틸을 포함한다.N and m are each independently an integer of 1 to 3, more preferably each independently 1 or 2. When R 1 and R 2 are each independently C 1 -C 10 alkyl groups, the alkyl group is preferably a C 1 -C 5 alkyl group, more preferably a C 1 -C 3 alkyl group. Specific examples of the alkyl group include methyl, ethyl, propyl, butyl, and pentyl. When R 1 and R 2 are each independently C 1 -C 10 alkoxy groups, the alkoxy groups are preferably C 1 -C 5 alkoxy groups, more preferably C 1 -C 3 alkoxy groups. Specific examples of the alkyl group include methoxy, ethoxy, protoxy, butoxy, and pentoxy. When R 1 and R 2 are each independently a C6-C12 aryl group, the aryl group may be substituted with a C1-C5 alkyl group or a C1-C5 alkoxy group. Specific examples of the aryl group include phenyl, tolyl and naphthyl. R is a C1-C10 alkyl group, preferably a C1-C5 alkyl group, more preferably a C1-C3 alkyl group. Specific examples of the alkyl group include methyl, ethyl, propyl, butyl, and pentyl.

상기 고리형 아미노실란 화합물의 구체적인 예는 하기 화학식 (5) 내지 (8)로 표시되는 모폴리노실란 화합물, 티오모폴리노실란 화합물, 또는 N-알킬 피페라지노실란 화합물을 포함한다:Specific examples of the cyclic aminosilane compound include morpholinosilane compounds, thiomorpholinosilane compounds, or N-alkyl piperazinosilane compounds represented by the following formulas (5) to (8):

Figure 112013043073791-pat00009
Figure 112013043073791-pat00009

이어서, 본 발명의 구체적인 실시형태들에 따른 상기 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Next, a method for preparing the cyclic aminosilane compound according to specific embodiments of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시형태에 따른 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법은 할로실란 가스를 이용하는 직접합성법(direct synthesis method)로서 하기 반응식 1에 도시된 바와 같이 할로겐화 실란 화합물 (A)와 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아민 화합물 (B)의 축합반응에 의하여 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물 (1), (2), (3), 또는 (4)를 얻는 단계를 포함한다:A method for producing a cyclic aminosilane compound according to one embodiment of the present invention is a direct synthesis method using a halosilane gas, as shown in Scheme 1 below, and oxygen in one ring with a halogenated silane compound (A). Containing oxygen atoms or sulfur atoms and nitrogen atoms together in one ring by condensation of a cyclic amine compound (B) containing atoms or sulfur atoms and nitrogen atoms together or comprising two nitrogen atoms Obtaining a cyclic aminosilane compound (1), (2), (3), or (4) comprising a nitrogen atom:

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112013043073791-pat00010
Figure 112013043073791-pat00010

상기 식에서, A, B, C, 및 D는 각각 독립적으로 F, Cl, Br, I 또는 H이고, n, m, X, R1, 및 R2은 상기한 바와 같다.Wherein A, B, C, and D are each independently F, Cl, Br, I or H, and n, m, X, R1, and R2 are as described above.

상기 반응에 있어서 상기 할로겐화 실란 화합물 (A)과 상기 고리형 아민 화합물 (B)의 사용량비는 화학량론에 따라 결정되는 이론적 반응비를 기준으로 상기 고리형 아민 화합물 (B)를 1배 이상 내지 2.5배 이하, 바람직하게는 1.1배 내지 1.5배 정도의 과량으로 사용하는 것이 생성물의 수율을 증가시키는 측면에서 바람직하다.In the reaction, the usage ratio of the halogenated silane compound (A) and the cyclic amine compound (B) is 1 to 2.5 times or more of the cyclic amine compound (B) based on the theoretical reaction ratio determined according to stoichiometry. Use in excess of less than 2 times, preferably about 1.1 to 1.5 times, is preferable in terms of increasing the yield of the product.

상기 반응은 전형적으로 -30℃ 내지 10℃의 반응온도, 바람직하게는 -20℃ 내지 0℃의 반응온도에서 약 6 내지 약 12시간, 바람직하게는 약 4 내지 약 8시간 동안 진행된다.The reaction typically proceeds for about 6 to about 12 hours, preferably about 4 to about 8 hours, at a reaction temperature of -30 ° C to 10 ° C, preferably at -20 ° C to 0 ° C.

상기 반응식 1에 따른 화학 반응은 유기 용매 중에서 일어난다. 상기 유기 용매는 C4 내지 C10 알칸, C4 내지 C10 시클로알칸, C6 내지 C8 방향족 탄화수소, C2 내지 C10 지방족 에테르, C4 내지 C10 고리형 지방족 에테르, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.The chemical reaction according to Scheme 1 takes place in an organic solvent. The organic solvent may be C4 to C10 alkanes, C4 to C10 cycloalkanes, C6 to C8 aromatic hydrocarbons, C2 to C10 aliphatic ethers, C4 to C10 cyclic aliphatic ethers, or mixtures thereof.

상기 C4 내지 C10 알칸 용매는 바람직하게는 C4 내지 C7 알칸 용매이다. 상기 알칸 용매의 구체적인 예는 부탄, 펜탄, n-헥산, 헵탄 및 옥탄을 포함한다. 상기 C4 내지 C10 시클로알칸은 바람직하게는 C4 내지 C7 시클로알칸이다. 상기 시클로알칸 용매의 구체적인 예는 시클로부탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 및 시클로헵탄을 포함한다. 상기 C6 내지 C8 방향족 탄화수소 용매의 구체적인 예는 벤젠, 톨루엔, 및 자일렌을 포함한다. 상기 C2 내지 C10 지방족 에테르 용매는 바람직하게는 C4 내지 C8 지방족 에테르이다. 상기 지방족 에테르 용매의 구체적인 예는 디에틸 에테르(통상 에테르로 지칭됨), 디프로필 에테르, 디부틸에테르, 메틸 에틸 에테르 및 디메톡시에탄을 포함한다. 상기 C4 내지 C10 고리형 지방족 에테르는 바람직하게는 C4 내지 C7 고리형 지방족 에테르이다. 상기 고리형 지방족 에테르의 구체적인 예는 테트라히드로퓨란(THF) 및 디옥산을 포함한다.The C4 to C10 alkane solvent is preferably a C4 to C7 alkane solvent. Specific examples of the alkane solvent include butane, pentane, n-hexane, heptane and octane. The C4 to C10 cycloalkane is preferably C4 to C7 cycloalkane. Specific examples of the cycloalkane solvent include cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, and cycloheptane. Specific examples of the C6 to C8 aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, and xylene. The C2 to C10 aliphatic ether solvent is preferably C4 to C8 aliphatic ether. Specific examples of such aliphatic ether solvents include diethyl ether (commonly referred to as ether), dipropyl ether, dibutyl ether, methyl ethyl ether and dimethoxyethane. The C4 to C10 cyclic aliphatic ether is preferably a C4 to C7 cyclic aliphatic ether. Specific examples of the cyclic aliphatic ether include tetrahydrofuran (THF) and dioxane.

전형적으로, 상기 반응식 1에 따른 화학 반응에 있어서 상기 유기 용매의 사용량은 상기 유기 용매 중의 반응 시약의 총농도가 약 30 내지 약 90 중량%, 바람직하게는 약 50 내지 약 80 중량%가 되도록 하는 범위이다.Typically, the amount of the organic solvent used in the chemical reaction according to Scheme 1 is such that the total concentration of the reaction reagent in the organic solvent is about 30 to about 90% by weight, preferably about 50 to about 80% by weight. to be.

상기 할로겐화 실란 화합물 (A)는 하기 화학식 (C), (D), (E) 또는 (F)로 표시되는 염소가 치환된 실란 화합물일 수 있다:The halogenated silane compound (A) may be a silane compound substituted with chlorine represented by the following formula (C), (D), (E) or (F):

Figure 112013043073791-pat00011
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Figure 112013043073791-pat00011
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상기 할로겐화 실란 화합물 (A)와 반응할 수 있는 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아민 화합물 (B)는 하기 화학식으로 표시될 수 있다:The cyclic amine compound (B) including oxygen atoms or sulfur atoms and nitrogen atoms together in one ring capable of reacting with the halogenated silane compound (A) or two nitrogen atoms may be represented by the following formula have:

Figure 112013043073791-pat00012
Figure 112013043073791-pat00012

상기 화학식에서, n, m, X, R1 및 R2는 상기한 바와 같다.In the above formula, n, m, X, R 1 and R 2 are as described above.

예를 들면, X가 산소 원자인 경우, 상기 고리형 아민 화합물 (B)는 하기 화학식 (G')로 표시될 수 있다:For example, when X is an oxygen atom, the cyclic amine compound (B) may be represented by the following formula (G '):

Figure 112013043073791-pat00013
Figure 112013043073791-pat00013

상기 고리형 아민 화합물 (B)의 구체적인 예는 하기 표 1에 수록된 고리형 아민 화합물을 포함한다.Specific examples of the cyclic amine compound (B) include the cyclic amine compounds listed in Table 1 below.

No.No. 화합물명Compound name 끓는점
(℃)
Boiling point
(° C)
분자량Molecular Weight 화학구조Chemical structure
1One 1,3-옥사제티딘1,3-oxazetidine 73.09373.093 59.0672 59.0672

Figure 112013043073791-pat00014
Figure 112013043073791-pat00014
22 옥사졸리딘Oxazolidine 99.299.2 73.093873.0938
Figure 112013043073791-pat00015
Figure 112013043073791-pat00015
33 2,6-디메틸모폴린2,6-dimethylmorpholine 147147 115.17115.17
Figure 112013043073791-pat00016
Figure 112013043073791-pat00016
44 3-메틸모폴린3-methylmorpholine 137137 101.15101.15
Figure 112013043073791-pat00017
Figure 112013043073791-pat00017
55 모폴린Morpholine 132132 87.1287.12
Figure 112013043073791-pat00018
Figure 112013043073791-pat00018
66 1-메틸피페라진


1-methylpiperazine


139139 100.16100.16
Figure 112013043073791-pat00019
Figure 112013043073791-pat00019
77 티오모폴린Thiomorpholine 166.87166.87 103.19103.19
Figure 112013043073791-pat00020
Figure 112013043073791-pat00020

예를 들면, 상기 할로겐화 실란 화합물 (A)가 상기 화학식 (C)로 표시되는 클로로실란이고 또한 상기 고리형 아민 화합물 (B)가 모폴린인 경우, 상기 반응식 1은 하기 반응식 3으로 표시될 수 있으며, 이에 의하여 모폴리노실란이 얻어진다.For example, when the halogenated silane compound (A) is chlorosilane represented by the formula (C) and the cyclic amine compound (B) is morpholine, Scheme 1 may be represented by Scheme 3 below. Thus, morpholinosilane is obtained.

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112013043073791-pat00021
.
Figure 112013043073791-pat00021
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예를 들면, 상기 할로겐화 실란 화합물 (A)가 상기 화학식 (D)로 표시되는 디클로로실란이고 또한 상기 고리형 아민 화합물 (B)가 모폴린인 경우, 상기 반응식 1은 하기 반응식 4로 표시될 수 있으며, 이에 의하여 디모폴리노실란이 얻어진다.For example, when the halogenated silane compound (A) is dichlorosilane represented by the formula (D) and the cyclic amine compound (B) is morpholine, Scheme 1 may be represented by Scheme 4 below. In this way, dimorpholinosilane is obtained.

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Figure 112013043073791-pat00022
.
Figure 112013043073791-pat00022
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본 발명의 다른 실시형태에 따른 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법은 초강산인 트리플루오로메탄설폰산을 이용하는 합성법을 이용한다. 즉 이 형태의 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법은 하기 반응식 2에 표시된 바에 따라 페닐실란과 트리플루오로메탄설폰산을 반응시켜 실릴 트리플레이트(silyl triflate)를 얻은 후, 상기 실릴 트리플레이트를 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아민 화합물 (B)와 반응시켜 고리형 아미노실란 화합물 (1)을 얻는다:
The method for producing a cyclic aminosilane compound according to another embodiment of the present invention uses a synthesis method using trifluoromethanesulfonic acid, which is a super acid. That is, the method for producing a cyclic aminosilane compound of this type is to react with phenylsilane and trifluoromethanesulfonic acid to obtain silyl triflate as shown in Scheme 2 below, and then the silyl triflate A cyclic aminosilane compound (1) is obtained by reacting with a cyclic amine compound (B) which together contains an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom or comprising two nitrogen atoms in the ring:

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112013043073791-pat00023
Figure 112013043073791-pat00023

상기 식에서, n, m, X, R1 및 R2는 상기한 바와 같다. 고리형 아민 화합물 (B)에서 X가 산소 원자인 경우, 반응식 2는 하기 반응식 2'가 된다.Wherein n, m, X, R 1 and R 2 are as defined above. In the cyclic amine compound (B), when X is an oxygen atom, Scheme 2 becomes the following Scheme 2 '.

[반응식 2']Scheme 2 '

Figure 112013043073791-pat00024
Figure 112013043073791-pat00024

상기 식에서, n, m, R1 및 R2는 각각 독립적으로 상기한 바와 같다.Wherein n, m, R 1 and R 2 are each independently as defined above.

상기 반응식 2에 따른 합성 반응식에서는 편의상 상기 고리형 아민 화합물 (B)이 하나만 치환된 형태의 고리형 아미노실란 화합물 (1)의 합성만이 도시되어 있으나, 고리형 화합물이 두 개 이상 치환된 형태의 고리형 아미노 실란 화합물 (2), (3), 또는 (4)의 합성에도 응용될 수 있다.In the synthesis scheme according to Scheme 2, only the synthesis of the cyclic aminosilane compound (1) in which only one cyclic amine compound (B) is substituted is shown for convenience, but in the form in which two or more cyclic compounds are substituted It can also be applied to the synthesis of cyclic amino silane compounds (2), (3), or (4).

모폴리노실란은 상기 반응식 3에 표시된 바와 같은 경로를 통하는 직접합성법에 의하여 실용에 적합하도록 제조될 수도 있으며, 또한 하기 반응식 5에 따른 경로를 통하는 초강산을 이용한 합성법에 의하여도 실용에 적합하도록 제조될 수 있다. 즉, 고리형 아미노실란 화합물 (1)에 속하는 모폴리노실란은 하기 반응식 5에 표시된 바에 따라 페닐실란과 트리플루오로메탄설폰산을 반응시켜 벤젠의 방출과 함께 실릴 트리플레이트를 얻은 후, 상기 실릴 트리플레이트를 모폴린과 반응시켜 모폴리노실란을 얻는 단계를 포함하는 합성법에 의하여도 실용적으로 제조될 수 있다:The morpholinosilane may be prepared for practical use by a direct synthesis method through a route as shown in Scheme 3 above, and may also be prepared for practical use by a synthetic method using a super acid through a route according to Scheme 5 below. Can be. That is, the morpholinosilanes belonging to the cyclic aminosilane compound (1) react with phenylsilane and trifluoromethanesulfonic acid to obtain silyl triflate with the release of benzene, as shown in Scheme 5 below, and then the silyl It can also be made practically by a synthesis method comprising the step of reacting triflate with morpholine to obtain morpholinosilanes:

[반응식 5][Reaction Scheme 5]

Figure 112013043073791-pat00025
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Figure 112013043073791-pat00025
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실란의 실리콘 원자에 상기 고리형 아민 화합물 (B)가 두 개 이상 치환된 형태의 고리형 아미노실란 화합물 (2), (3), 또는 (4)는 상기 반응식 2에 따른 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법을 이용하는 경우에도 실용적으로 이용할 수 있을 정도의 수율 및 속도로 얻어질 수 있지만, 상대적으로 상기 반응식 1에 따른 직접합성법을 이용하는 경우 짧은 반응 시간내에 고순도 및 고수율로 얻어질 수 있고 유독한 초강산을 취급하지 않아서 바람직하다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 디모폴리노실란은 상기 반응식 2에 따른 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법을 이용하는 경우 실용적으로 이용할 수 있을 정도의 수율 및 속도로 얻을 수 있지만, 상기 반응식 4에 따른 직접합성법에 의하여 짧은 반응 시간 내에 고순도 및 고수율로 얻을 수 있다.The cyclic aminosilane compound (2), (3), or (4) in a form in which two or more cyclic amine compounds (B) are substituted in the silicon atom of silane is a cyclic aminosilane compound according to Scheme 2 Even in the case of using the production method can be obtained in a yield and speed that can be practically used, in the case of using the direct synthesis method according to the reaction scheme 1 relatively can be obtained in high purity and high yield within a short reaction time and toxic seconds It is preferred because it does not handle strong acids. For example, as described above, the dimorpholinosilane can be obtained in a yield and speed that can be practically used when using the method for preparing the cyclic aminosilane compound according to Scheme 2, but according to Scheme 4 directly. It can be obtained with high purity and high yield within a short reaction time by the synthesis method.

상기 반응식 2에 따른 초강산인 트리플루오로메탄설폰산을 이용하는 화학 반응도 반응식 1에 따른 직접합성법에서와 같이 유기 용매 중에서 일어난다. 상기 유기 용매는 직접합성법에서와 같이 C4 내지 C10 알칸, C4 내지 C10 시클로알칸, C6 내지 C8 방향족 탄화수소, C2 내지 C10 지방족 에테르, C4 내지 C10 고리형 지방족 에테르, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 한편 상기 반응식 2에 따른 초강산인 트리플루오로메탄설폰산을 이용하는 화학 반응의 제2 단계의 반응은 트리에틸아민, 트리부틸아민과 같은 염기의 존재하에서 진행된다. 여기서 상기 염기는 반응에서 발생하는 초강산을 중화한다. 반응에 사용되는 염기의 양은 초강산의 1몰을 기준으로 1 내지 1.1몰이면 적당하다.The chemical reaction using the super acid trifluoromethanesulfonic acid according to Scheme 2 also occurs in an organic solvent as in the direct synthesis method according to Scheme 1. The organic solvent may be C4 to C10 alkanes, C4 to C10 cycloalkanes, C6 to C8 aromatic hydrocarbons, C2 to C10 aliphatic ethers, C4 to C10 cyclic aliphatic ethers, or mixtures thereof. Meanwhile, the reaction of the second step of the chemical reaction using the super acid trifluoromethanesulfonic acid according to Scheme 2 proceeds in the presence of a base such as triethylamine and tributylamine. Wherein the base neutralizes the super acid generated in the reaction. The amount of base used for the reaction is suitably 1 to 1.1 moles based on 1 mole of super acid.

상기 반응식 2에 따른 초강산인 트리플루오로메탄설폰산을 이용하는 화학 반응에서 페닐실란 : 트리플루오로메탄설폰산 : 고리형 아민 화합물 (B)의 사용 몰비는 전형적으로 1:1:1 내지 1:1:0.9이고, 바람직하게는 1:1:1 내지 1:1:0.8이다. 상기 반응은 전형적으로 -30℃ 내지 10℃의 반응온도, 바람직하게는 -20℃ 내지 0℃의 반응온도에서 약 1 내지 약 4시간, 바람직하게는 약 1 내지 약 2시간 동안 진행된다.The molar ratio of phenylsilane: trifluoromethanesulfonic acid: cyclic amine compound (B) in a chemical reaction using superfluoro acid trifluoromethanesulfonic acid according to Scheme 2 is typically 1: 1: 1 to 1: 1. 1: 0.9, preferably 1: 1: 1 to 1: 1: 0.8. The reaction typically proceeds at a reaction temperature of −30 ° C. to 10 ° C., preferably at a reaction temperature of −20 ° C. to 0 ° C. for about 1 to about 4 hours, preferably about 1 to about 2 hours.

전형적으로, 상기 반응식 2에 따른 화학 반응에 있어서 상기 유기 용매의 사용량은 상기 유기 용매 중의 반응 시약의 총농도가 약 30 내지 약 90 중량%, 바람직하게는 약 50 내지 약 80 중량%가 되도록 하는 범위이다.Typically, the amount of the organic solvent used in the chemical reaction according to Scheme 2 is such that the total concentration of the reaction reagent in the organic solvent is about 30 to about 90% by weight, preferably about 50 to about 80% by weight. to be.

본 발명의 다른 측면에 따른 박막 형성 방법은 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물을 포함하는 전구체를 이용하여 증착 공정에 의하여 기판상에 실리콘막 또는 실리콘을 함유하는 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법이다.According to another aspect of the present invention, a method for forming a thin film includes a precursor including an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom together in one ring or a cyclic aminosilane compound including two nitrogen atoms. Forming a silicon film or a material film containing silicon on the substrate.

본 발명의 일 측면에 따른 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아민 화합물은 실리콘 원자 또는 금속 원자를 포함하는 하부 구조물과의 친화력 및 결합력이 높기 때문에 반도체 장치의 제조 공정에 있어서 실리콘 웨이퍼, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 금속 배선층 상에 실리콘막을 형성하는데 이용되면 높은 실리콘막의 증착 속도, 증착된 실리콘막 중의 낮은 기공 밀도, 및/또는 증착된 실리콘막의 높은 증착 균일도 등의 장점을 나타낼 수 있다. 따라서 본 발명의 다른 측면에 따른 박막 형성 방법을 이용하여 실리콘을 씨드(seed)로 하여 폴리실리콘 박막을 형성하면 폴리실리콘의 표면 거칠기를 개선하는 데 효과적이고, 또한 폴리실리콘의 갭 충전(gap fill) 공정시 문제가 되는 폴리실리콘 보이드 문제를 개선하는데에도 효과적일 수 있다. 또한 본 발명의 다른 측면에 따른 박막 형성 방법을 이용할 때 상기 전구체와 함께 유기금속 전구체를 함께 사용하면 반도체 장치의 커패시터, 예를 들면 DRAM 반도체 장치의 커패시터를 형성하는데 유용하다.A cyclic amine compound including an oxygen atom or a sulfur atom and a nitrogen atom together in one ring or two nitrogen atoms in one ring according to an aspect of the present invention may have affinity with an underlying structure including a silicon atom or a metal atom and Due to the high bonding strength, when used to form a silicon film on a silicon wafer, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a metal wiring layer in a semiconductor device manufacturing process, a high silicon film deposition rate, low pore density in the deposited silicon film, and / or deposition Advantages such as high deposition uniformity of the formed silicon film. Therefore, forming a polysilicon thin film using silicon as a seed using the thin film forming method according to another aspect of the present invention is effective for improving the surface roughness of polysilicon, and also gap fill of polysilicon. It can also be effective in improving the polysilicon void problem that is a problem during the process. In addition, when using the method of forming a thin film according to another aspect of the present invention, using an organometallic precursor together with the precursor is useful for forming a capacitor of a semiconductor device, for example, a capacitor of a DRAM semiconductor device.

본 발명의 다른 측면에 따른 박막 형성 방법에서 사용되는 상기 고리형 아미노실란 화합물은 하기 화학식 (1) 내지 (4) 중 어느 하나로 표시되는 화합물이다:The cyclic aminosilane compound used in the thin film forming method according to another aspect of the present invention is a compound represented by any one of the following formulas (1) to (4):

Figure 112013043073791-pat00026
Figure 112013043073791-pat00026

상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 각각 독립적으로 산소 원자, 황 원자 또는 NR기이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이며, 및 R은 수소원자 또는 C1-C10 알킬기이다.In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, each X is independently an oxygen atom, a sulfur atom or an NR group, R1 and R2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, C1- A C10 alkoxy group, a C6-C12 aryl group, a vinyl group or an allyl group, and R is a hydrogen atom or a C1-C10 alkyl group.

상기 고리형 아미노실란 화합물은 하기 화학식 (5) 내지 (8)로 표시되는 모폴리노실란 화합물, 티오모폴리노실란 화합물 또는 N-알킬 피페라지노실란 화합물중의 어느 하나일 수 있다:The cyclic aminosilane compound may be any one of a morpholinosilane compound, a thiomorpholinosilane compound, or an N-alkyl piperazinosilane compound represented by the following Formulas (5) to (8):

Figure 112013043073791-pat00027
.
Figure 112013043073791-pat00027
.

본 발명의 다른 측면에 따른 박막 형성 방법에서 상기 증착 공정은 특별히 한정되지 않지만 반도체 장치, 태양 전지 등의 제조시 사용되는 증착 공정, 예를 들면 원자층 증착 공정(ALD), 화학적 기상 증착 공정(CVD) 또는 기타 물리적 기상 증착 공정(PVD)일 수 있다.In the method of forming a thin film according to another aspect of the present invention, the deposition process is not particularly limited, but a deposition process used in manufacturing a semiconductor device, a solar cell, or the like, for example, an atomic layer deposition process (ALD) or a chemical vapor deposition process (CVD). ) Or other physical vapor deposition process (PVD).

상기 실리콘을 함유하는 물질막은 실리콘 산화물 막, 실리콘 질화물 막, 금속 실리콘 산화물막, 또는 금속 실리콘 질화물 막일 수 있다. 상기 금속 실리콘 질화물막은 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 HfSiNx, ZrSiNx, 또는 TiSiNx일 수 있다. 금속 실리콘 산화물막도 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 HfSiOx, ZrSiOx, 또는 TiSiOx일 수 있다.The silicon-containing material film may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, a metal silicon oxide film, or a metal silicon nitride film. The metal silicon nitride film is not particularly limited, but may be, for example, HfSiNx, ZrSiNx, or TiSiNx. The metal silicon oxide film is not particularly limited, but may be, for example, HfSiOx, ZrSiOx, or TiSiOx.

상기 증착 공정시 증착 속도를 증가시키기 위하여 상기 기판은 50 내지 500℃의 온도로 가열되는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위하여 및/또는 전구체가 상기 기판상으로 가속될 수 있도록 상기 기판에 열에너지, 플라즈마 또는 전기적 바이어스가 인가될 수 있다.In order to increase the deposition rate during the deposition process, the substrate may be heated to a temperature of 50 to 500 ℃. To this end and / or thermal energy, plasma or electrical bias can be applied to the substrate such that precursors can be accelerated onto the substrate.

상기 증착 공정시 상기 전구체는 버블링 방식, 직접 기체 주입 방식, 직접 액체 주입 방식, 또는 상기 전구체의 유기 용액 공급 방식에 의하여 상기 기판으로 공급될 수 있다. 이때, 상기 전구체가 버블링 방식, 직접 기체 주입 방식으로 주입되는 경우 상기 전구체는 아르곤, 질소, 헬륨 또는 수소 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물 기체의 흐름에 의하여 상기 기판상으로 공급될 수 있다.In the deposition process, the precursor may be supplied to the substrate by a bubbling method, a direct gas injection method, a direct liquid injection method, or an organic solution supply method of the precursor. In this case, when the precursor is injected by bubbling method or direct gas injection method, the precursor may be supplied onto the substrate by a flow of one or two or more kinds of mixture gas selected from argon, nitrogen, helium or hydrogen.

상기 실리콘 질화물 막 또는 상기 금속 실리콘 질화물 막이 증착되는 경우 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 이산화질소(NO2) 및 질소 (N2)에서 선택된 1종 이상의 질소 함유 반응기체가 상기 전구체와 함께 상기 기판상에 공급된다.When the silicon nitride film or the metal silicon nitride film is deposited, at least one nitrogen-containing reactor selected from ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), nitrogen dioxide (NO 2 ) and nitrogen (N 2 ) may be used as the precursor. Together with the substrate.

한편 상기 실리콘 산화물 막 또는 상기 금속 실리콘 산화물 막이 증착되는 경우 수증기(H2O), 산소(O2) 및 오존(O3)에서 선택된 1종 이상의 산소 함유 반응기체가 상기 전구체와 함께 상기 기판상에 공급된다.Meanwhile, when the silicon oxide film or the metal silicon oxide film is deposited, at least one oxygen-containing reactor selected from water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), and ozone (O 3 ) is formed on the substrate together with the precursor. Supplied.

이하 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 본 발명의 실시형태를 더욱 구체적으로 예시하기 위한 목적으로 제공되는 것이며 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아님은 물론이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. These examples are provided for the purpose of more specifically illustrating embodiments of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예Example

아래에서 구체적으로 설명하는 고리형 아미노실란 화합물의 합성은 표준 진공라인 슈렌크법(Schlenk technique)을 사용하여 실시하였으며, 모든 합성 절차는 질소 또는 아르곤 기체 분위기의 불활성 분위기에서 실행하였다.The synthesis of the cyclic aminosilane compounds described in detail below was carried out using the standard vacuum line Schlenk technique, and all synthesis procedures were carried out in an inert atmosphere of nitrogen or argon gas atmosphere.

실험에 사용된 모폴린, 헥산, 트리플루오로설폰산, 페닐실란, 펜탄 및 디클로실란은 Aldrich Inc.에서 구입하여 사용하였으며, 클로로실란은 REC Silicon Inc.에서 구입하여 사용하였다. 반응에 사용된 펜탄 용매 및 헥산 용매는 질소 분위기 하에서 소듐/벤조펜온과 함께 24시간 이상 환류시켜 건조한 무수 용매의 상태로 사용하였다.The morpholine, hexane, trifluorosulfonic acid, phenylsilane, pentane and diclosilane used in the experiment were purchased from Aldrich Inc. and chlorosilane was purchased from REC Silicon Inc. The pentane solvent and the hexane solvent used in the reaction were refluxed with sodium / benzophenone for 24 hours or more in a nitrogen atmosphere and used as a dry anhydrous solvent.

실시예Example 1: 반응식 5에 따른  1: according to scheme 5 모폴리노실란의Morpholinosilane 합성 synthesis

500 mL 슈렌크 플라스크내에 트리플루오로메탄설폰산 14.1g을 질소분위기에서 첨가하고, 플라스크 내의 온도를 -30℃로 낮추면서 교반하였다. 플라스크 내의 온도가 -30℃에 도달하였을 때, 펜탄 60 ml에 희석된 페닐실란 9.2g을 천천히 첨가하였다. 14.1 g of trifluoromethanesulfonic acid in a 500 mL Schlenk flask was added in a nitrogen atmosphere and stirred while lowering the temperature in the flask to -30 ° C. When the temperature in the flask reached -30 ° C, 9.2 g of phenylsilane diluted in 60 ml of pentane was slowly added.

플라스크 내의 온도를 0℃로 승온한 후, 위에서 얻어진 용액 내에 트리부틸아민 17.4g을 천천히 첨가하고, 바로 디에틸에테르 60 ml에 희석된 모폴린 6.7g을 첨가하였다.After the temperature in the flask was raised to 0 ° C., 17.4 g of tributylamine was slowly added to the solution obtained above, and 6.7 g of morpholine diluted in 60 ml of diethyl ether was immediately added.

플라스크 내의 온도를 상온으로 승온시키자 흰색 염(white salt)이 침전되었다. 이를 감압 여과하여 맑은 용액을 수득하였다. 상기 용액을 감압 증류하여 모폴리노실란 8.9g (수율: 90%)을 얻었다. 얻어진 모폴리노실란은 공기중에서 수분과 반응하여 SiO2을 형성하기 때문에 질소 상태에서 보관하였다. 이 모폴리노실란에 대한 NMR 구조분석 결과는 아래와 같았다:The white salt precipitated when the temperature in the flask was raised to room temperature. Filtration under reduced pressure gave a clear solution. The solution was distilled under reduced pressure to obtain 8.9 g (yield: 90%) of morpholinosilanes. The obtained morpholinosilane was stored in nitrogen because it reacted with moisture in air to form SiO 2 . The NMR structural analysis of this morpholinosilane was as follows:

1H-NMR(400 MHz, benzene-d6): 2.7 ppm [4H, morpholine], 3.7 ppm [4H, morpholine], 4.45 ppm [3H, Si-H]. 1 H-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 2.7 ppm [4H, morpholine], 3.7 ppm [4H, morpholine], 4.45 ppm [3H, Si-H].

13C-NMR (400 MHz, benzene-d6): 46.9 ppm [2C, morpholine], 68.1 ppm [2C, morpholine].
13 C-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 46.9 ppm [2C, morpholine], 68.1 ppm [2C, morpholine].

실시예Example 2: 반응식 3에 따른  2: according to scheme 3 모폴리노실란의Morpholinosilane 합성 synthesis

500 mL 슈렌크 플라스크내에 헥산 300 mL와 모폴린 18.6g을 질소분위기에서 첨가하고, 플라스크 내의 온도를 -10℃로 온도를 낮추면서 교반하였다. 플라스크 내의 온도가 -10℃에 도달하면 클로로실란 가스 5.7g을 플라스크내에 천천히 첨가하였다. 이때 반응에서 발생하는 HCl 가스와 미반응 모폴린이 반응하여 3차 아민 형태의 흰색 염(white salt)이 침전하였다.In a 500 mL Schlenk flask, 300 mL of hexane and 18.6 g of morpholine were added in a nitrogen atmosphere, and the temperature in the flask was stirred while lowering the temperature to -10 ° C. When the temperature in the flask reached −10 ° C., 5.7 g of chlorosilane gas was slowly added into the flask. At this time, the HCl gas generated in the reaction and the unreacted morpholine react to precipitate a white salt in the form of a tertiary amine.

클로로실란 가스를 첨가 후 플라스크 내의 온도를 -10℃로 유지하면서 4시간 동안 교반하고, 다시 플라스크내의 온도를 상온으로 천천히 승온하면서 6시간 더 교반하였다. 반응이 종결되면 감압여과를 통하여 상기 흰색 염을 제거하여 무색 용액을 얻었다. 이 무색 용액을 감압 분별 증류하여 순수한 모폴리노실란 9g을 얻었다(수율: 90%). 얻어진 모폴리노실란은 공기중에서 수분과 반응하여 SiO2을 형성하기 때문에 질소 상태에서 보관하였다.After the addition of chlorosilane gas, the temperature in the flask was stirred for 4 hours while maintaining the temperature at -10 ° C, and the temperature in the flask was further stirred for 6 hours while slowly raising the temperature to room temperature. Upon completion of the reaction, the white salt was removed by filtration under reduced pressure to obtain a colorless solution. This colorless solution was fractionated under reduced pressure to obtain 9 g of pure morpholinosilane (yield: 90%). The obtained morpholinosilane was stored in nitrogen because it reacted with moisture in air to form SiO 2 .

도 1은 상기 모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for the morpholinosilanes.

도 1의 (A)에서 보는 바와 같이 GC를 통하여 확인한 결과 모폴리노실란이 99%를 차지하였고, 제거되지 않은 모폴린이 1% 존재하는 것을 알 수 있었다. 또한 도 1의 (B)의 질량분석 자료를 참조하면, 합성된 모폴리노실란의 분자량을 확인할 수 있었다. As shown in (A) of FIG. 1, as a result of confirming through GC, morpholinosilane occupied 99%, and it was found that 1% of morpholine not removed was present. In addition, referring to the mass spectrometry data of FIG. 1B, the molecular weight of the synthesized morpholinosilane could be confirmed.

도 2a 및 2b는 각각 상기 모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 및 13C-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다. 2A and 2B are graphs showing the results of 1 H-NMR and 13 C-NMR structural analysis to confirm the structure of the morpholinosilane, respectively.

도 2b의 1H-NMR를 참조하면, Si에 결합된 3개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 4.45 ppm), 모폴린 모이어티에 존재하는 4개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 2.77 ppm) 및 4개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 3.40 ppm)를 확인할 수 있었다. 더 구체적으로, 이 모폴리노실란에 대한 NMR 구조분석 결과는 아래와 같았다:Referring to 1 H-NMR of FIG. 2B, the peaks of three hydrogens (@ chemical shift 4.45 ppm) bound to Si, the peaks of four hydrogens (@ chemical shift 2.77 ppm) and four hydrogens present in the morpholine moiety The peak of (@ chemical shift 3.40 ppm) was confirmed. More specifically, the NMR structural analysis for this morpholinosilane was as follows:

1H-NMR (400 MHz, benzene-d6): 2.77 ppm [4H, morpholine], 3.40 ppm [4H, morpholine], 4.45 ppm [3H, Si-H]. 1 H-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 2.77 ppm [4H, morpholine], 3.40 ppm [4H, morpholine], 4.45 ppm [3H, Si-H].

13C-NMR (400 MHz, benzene-d6): 46.9 ppm [2C, morpholine], 68.1 ppm [2C, morpholine]. 13 C-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 46.9 ppm [2C, morpholine], 68.1 ppm [2C, morpholine].

실시예Example 3: 반응식 4에 따른  3: according to scheme 4 디모폴리노실란의Dimorpholinosilane 합성 synthesis

500 mL 슈렌크 플라스크내에 헥산 300 mL와 모폴린 43g을 질소분위기에서 첨가하고, 플라스크 내의 온도를 -10℃로 온도를 낮추면서 교반하였다. 플라스크 내의 온도가 -10℃에 도달하면 디클로로실란 가스 10g을 플라스크내에 천천히 첨가하였다. 이때 HCl 가스와 미반응 모폴린이 반응하여 3차 아민 형태의 흰색 염(white salt)이 침전하였다.In a 500 mL Schlenk flask, 300 mL of hexane and 43 g of morpholine were added in a nitrogen atmosphere, and the temperature in the flask was stirred while lowering the temperature to -10 ° C. When the temperature in the flask reached −10 ° C., 10 g of dichlorosilane gas was slowly added into the flask. At this time, HCl gas and unreacted morpholine reacted to precipitate a white salt of a tertiary amine form.

디클로로실란 가스를 모두 첨가한 후 플라스크 내의 온도를 -10℃로 유지하면서 4시간 동안 교반하고, 다시 플라스크내의 온도를 상온으로 천천히 승온하면서 6시간 더 교반하였다. 반응이 종결되면 감압여과를 통하여 상기 흰색 염을 제거하여 무색 용액을 얻었다. 이 무색 용액을 감압 분별 증류하여 순수한 디모폴리노실란 18g을 얻었다(수율: 90%). 얻어진 디모폴리노실란은 공기중에서 수분과 반응하여 SiO2을 형성하기 때문에 질소 상태에서 보관하였다.After all of the dichlorosilane gas was added, the mixture was stirred for 4 hours while maintaining the temperature in the flask at -10 ° C, and further stirred for 6 hours while slowly raising the temperature in the flask to room temperature. Upon completion of the reaction, the white salt was removed by filtration under reduced pressure to obtain a colorless solution. Fractional distillation of this colorless solution under reduced pressure afforded 18 g of pure dimorpholinosilane (yield: 90%). The resulting dimorpholinosilane was stored in nitrogen because it reacted with moisture in air to form SiO 2 .

도 3은 상기 디모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for the dimorpholinosilane.

도 3의 (A)에서 보는 바와 같이 GC를 통하여 확인한 결과 합성된 디모폴리노실란의 순도는 100%로 나타났다. 이 결과를 이용하여 질량분석을 수행한 결과 분자량이 202로 나타났다. 이 결과 합성된 디모폴리노실란의 순도 및 분자량을 확인할 수 있었다.As shown in (A) of FIG. 3, the purity of the synthesized dimorpholinosilane was 100%. Mass spectrometry using this result showed a molecular weight of 202. As a result, the purity and molecular weight of the synthesized dimorpholinosilane could be confirmed.

도 4a 및 4b는 각각 실시예 3에서 합성한 디모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 및 13C-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.4A and 4B are graphs showing the results of 1 H-NMR and 13 C-NMR structural analysis to confirm the structure of the dimorpholinosilanes synthesized in Example 3, respectively.

도 4b의 1H-NMR 챠트를 참조하면, Si에 결합된 2개의 수소 원자의 피크(@ 화학적 이동 4.45 ppm) 및 모폴린 모이어티에 존재하는 8개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 2.77 ppm) 및 8개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 3.40 ppm)를 확인할 수 있었다. 더 구체적으로, 이 디모폴리노실란에 대한 NMR 구조분석 결과는 아래와 같았다.Referring to the 1 H-NMR chart of FIG. 4B, peaks of two hydrogen atoms bonded to Si (@ chemical shift 4.45 ppm) and peaks of eight hydrogens present in the morpholine moiety (@ chemical shift 2.77 ppm) and 8 Peaks (@ chemical shift 3.40 ppm) of dogs were found. More specifically, the NMR structural analysis of this dimorpholinosilane was as follows.

1H-NMR (400 MHz, benzene-d6): 2.77 ppm[8H, morpholine], 3.40 ppm [8H, morpholine], 4.45 ppm [2H, Si-H]. 1 H-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 2.77 ppm [8H, morpholine], 3.40 ppm [8H, morpholine], 4.45 ppm [2H, Si-H].

13C-NMR (400 MHz, benzene-d6): 46.5 ppm [4C, morpholine], 68.4 ppm [4C, morpholine].
13 C-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 46.5 ppm [4C, morpholine], 68.4 ppm [4C, morpholine].

실시예Example 4: 하기 반응식에 따른  4: according to the following scheme 트리몰포리노실란의Trimorpholinosilane 합성 synthesis

Figure 112013043073791-pat00028
Figure 112013043073791-pat00028

500 mL 슈렌크 플라스크 내에 헥산 300 ml 및 트리클로로실란 10g을 질소분위기에서 첨가하였다. 교반하에서 플라스크 내의 온도를 -10℃로 낮추고 모폴린 41.81 g을 첨가하였다. 발열 반응이 종결되면 상온으로 플라스크 내의 온도를 올렸다. 이때 반응에서 발생하는 HCl 가스와 미반응 모폴린이 반응하여 3차 아민 형태의 흰색 염이 침전하였다.300 ml of hexane and 10 g of trichlorosilane were added in a nitrogen atmosphere in a 500 mL Schlenk flask. Under stirring the temperature in the flask was lowered to −10 ° C. and 41.81 g of morpholine was added. When the exothermic reaction was completed, the temperature in the flask was raised to room temperature. At this time, the HCl gas generated in the reaction and the unreacted morpholine reacted to precipitate a white salt in the form of a tertiary amine.

상온에서 약 4시간 동안 더 교반하고, 반응이 종결되면 감압여과를 통하여 상기 흰색 염을 제거하여 무색 용액을 얻었다. 이 용액을 헥산에서 재결정을 하여 바늘 형태의 흰색 고체 트리몰포리노실란을 24.27 g(수율 90%)을 얻을 수 있다.After stirring for about 4 hours at room temperature, the reaction was terminated to remove the white salt through filtration under reduced pressure to give a colorless solution. This solution was recrystallized in hexane to obtain 24.27 g (yield 90%) of needle-shaped white solid trimorpholinosilane.

도 5는 상기 트리모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for the trimorpholinosilane.

도 5의 (A)에서 보는 바와 같이 GC를 통하여 확인한 결과 합성된 트리모폴리노실란의 순도는 100%로 나타났다. 또한 도 5의 (B)의 질량분석 자료를 참조하면, 합성된 트리모폴리노실란의 분자량이 287g/mol인 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 5A, the purity of the synthesized trimorpholinosilane was 100%. In addition, referring to the mass spectrometry data of FIG. 5B, it was confirmed that the molecular weight of the synthesized trimorpholinosilane was 287 g / mol.

도 6a 및 6b는 각각 실시예 4에서 합성한 트리모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 및 13C-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.6A and 6B are graphs showing the results of 1 H-NMR and 13 C-NMR structural analysis to confirm the structure of the trimorpholinosilanes synthesized in Example 4, respectively.

도 6a의 1H-NMR 챠트를 참조하면, Si에 결합된 1개의 수소 원자의 피크(@ 화학적 이동 4.26 ppm) 및 모폴린 모이어티에 존재하는 12개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 2.51 ppm) 및 12개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 3.61 ppm)를 확인할 수 있었다. 더 구체적으로, 이 트리모폴리노실란에 대한 NMR 구조분석 결과는 아래와 같았다.Referring to the 1 H-NMR chart of FIG. 6A, the peak of one hydrogen atom (@ chemical shift 4.26 ppm) bound to Si and the peak of twelve hydrogens (@ chemical shift 2.51 ppm) present in the morpholine moiety and 12 Peaks (@ chemical shift 3.61 ppm) were found. More specifically, the NMR structural analysis of this trimorpholinosilane was as follows.

1H-NMR (400 MHz, benzene-d6): 2.51 ppm[8H, morpholine], 3.61 ppm [8H, morpholine], 4.26 ppm [H, Si-H]. 1 H-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 2.51 ppm [8H, morpholine], 3.61 ppm [8H, morpholine], 4.26 ppm [H, Si-H].

13C-NMR (400 MHz, benzene-d6): 45.5 ppm [4C, morpholine], 68.9 ppm [4C, morpholine]. 13 C-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 45.5 ppm [4C, morpholine], 68.9 ppm [4C, morpholine].

실시예 5: 하기 반응식에 따른 디티오모폴리노실란의 합성Example 5 Synthesis of Dithiomorpholinosilanes According to the Reaction Schemes

Figure 112013043073791-pat00029
Figure 112013043073791-pat00029

500 mL 슈렌크 플라스크 내에 헥산 300 ml, 티오몰포린 20.4 g 및 트리에틸아민 20.0 g을 질소분위기에서 첨가하였다. 교반하에서 플라스크 내의 온도를 -10 ℃로 낮추었다. 플라스크 내의 온도가 -10℃에 도달하면 디클로로실란 가스 10 g을 플라스크내에 천천히 첨가하였다. 이때 발생하는 HCl 가스와 트리에틸 아민이 반응하여 3차 아민 형태의 흰색 염이 침전하였다.In a 500 mL Schlenk flask, 300 ml of hexane, 20.4 g of thiomorpholine and 20.0 g of triethylamine were added in a nitrogen atmosphere. The temperature in the flask was lowered to -10 ° C under stirring. When the temperature in the flask reached −10 ° C., 10 g of dichlorosilane gas was slowly added into the flask. At this time, the generated HCl gas and triethyl amine reacted to precipitate a white salt in the form of a tertiary amine.

디클로로실란 가스를 모두 첨가한 후 플라스크 내의 온도를 -10 ℃로 유지하면서 4 시간 동안 더 교반하였고, 다시 플라스크 내의 온도를 상온으로 천천히 승온하면서 6 시간 더 교반하였다. 반응이 종결되면 감압여과를 통하여 상기 흰색 염을 제거하여 무색 용액을 얻었다. 이 무색 용액을 감압 분별 증류하여 순수한 디티오모폴리노실란 20.86 g을 얻었다(수율: 90%). 얻어진 디티오모폴리노실란은 공기중에서 수분과 반응하여 SiO2을 형성하기 때문에 질소 상태에서 보관하였다.After all of the dichlorosilane gas was added, the temperature in the flask was further stirred for 4 hours while maintaining the temperature at −10 ° C., and the temperature in the flask was further stirred for 6 hours while slowly raising the temperature to room temperature. Upon completion of the reaction, the white salt was removed by filtration under reduced pressure to obtain a colorless solution. Fractional distillation of this colorless solution under reduced pressure yielded 20.86 g of pure dithiomorpholinosilane (yield: 90%). The obtained dithiomorpholinosilane was stored in nitrogen because it reacted with moisture in air to form SiO 2 .

도 7은 상기 디티오모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for the dithiomorpholinosilane.

도 7의 (A)에서 보는 바와 같이 GC를 통하여 확인한 결과 합성된 디티오모폴리노실란의 순도는 97%로 나타났다. 또한 도 7의 (B)의 질량분석 자료를 참조하면, 합성된 디티오모폴리노실란의 분자량이 234.46 g/mol인 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 7A, the purity of the synthesized dithiomorpholinosilane was found to be 97%. In addition, referring to the mass spectrometry data of FIG. 7B, it was confirmed that the molecular weight of the synthesized dithiomorpholinosilane was 234.46 g / mol.

도 8은 본 실시예에서 합성한 디티오모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the results of 1 H-NMR structure analysis for confirming the structure of the dithiomorpholinosilane synthesized in the present embodiment.

도 8의 1H-NMR 챠트를 참조하면, Si에 결합된 2개의 수소 원자의 피크(@ 화학적 이동 4.35 ppm) 및 모폴린 모이어티에 존재하는 8개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 2.17 ppm) 및 8개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 2.95 ppm)를 확인할 수 있었다. 더 구체적으로, 이 디티오모폴리노실란에 대한 NMR 구조분석 결과는 아래와 같았다.Referring to the 1 H-NMR chart of FIG. 8, peaks of two hydrogen atoms bonded to Si (@ chemical shift 4.35 ppm) and peaks of eight hydrogens present in the morpholine moiety (@ chemical shifts 2.17 ppm) and 8 Hydrogen peaks (@ chemical shift 2.95 ppm) were found. More specifically, the NMR structural analysis of this dithiomorpholinosilane was as follows.

1H-NMR (400 MHz, benzene-d6): 2.17 ppm[8H, morpholine], 2.95 ppm [8H, morpholine], 4.35 ppm [2H, Si-H].
1 H-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 2.17 ppm [8H, morpholine], 2.95 ppm [8H, morpholine], 4.35 ppm [2H, Si-H].

실시예Example 6: 하기 반응식에 따른  6: according to the following scheme 티오모폴리노실란의Of thiomorpholinosilane 합성 synthesis

Figure 112013043073791-pat00030
Figure 112013043073791-pat00030

500 mL 슈렌크 플라스크 내에 디메톡시메탄(methyal) 300 mL, 티오몰포린 10.3 g(0.1mol) 및 트리에틸아민 10.1 g(0.1mol)을 질소분위기에서 첨가하였다. 교반하에서 플라스크 내의 온도를 -10℃로 낮추었다. 플라스크 내의 온도가 -10℃에 도달하면 모노클로로실란 가스 6.7 g(0.1mol)을 플라스크내에 천천히 첨가하였다. 이때 발생하는 HCl 가스와 트리에틸 아민이 반응하여 3차 아민 형태의 흰색 염이 침전하였다.In a 500 mL Schlenk flask, 300 mL of dimethoxymethane, 10.3 g (0.1 mol) of thiomorpholine and 10.1 g (0.1 mol) of triethylamine were added in a nitrogen atmosphere. The temperature in the flask was lowered to -10 ° C under stirring. When the temperature in the flask reached −10 ° C., 6.7 g (0.1 mol) of monochlorosilane gas was slowly added into the flask. At this time, the generated HCl gas and triethyl amine reacted to precipitate a white salt in the form of a tertiary amine.

모노클로로실란 가스를 모두 첨가한 후 플라스크 내의 온도를 -10℃로 유지하면서 4 시간 동안 더 교반하였고, 다시 플라스크 내의 온도를 상온으로 천천히 승온하면서 6 시간 더 교반하였다. 반응이 종결되면 감압여과를 통하여 상기 흰색 염을 제거하여 무색 용액을 얻었다. 이 무색 용액을 감압 분별 증류하여 순수한 티오모폴리노실란 11.9 g을 얻었다(수율: 90%). 얻어진 티오모폴리노실란은 공기중에서 수분과 반응하여 SiO2을 형성하기 때문에 질소 상태에서 보관하였다.After all of the monochlorosilane gas was added, the temperature in the flask was further stirred for 4 hours while maintaining the temperature at −10 ° C., and the temperature in the flask was further stirred for 6 hours while slowly raising the temperature to room temperature. Upon completion of the reaction, the white salt was removed by filtration under reduced pressure to obtain a colorless solution. Fractional distillation of this colorless solution under reduced pressure afforded 11.9 g of pure thiomorpholinosilane (yield: 90%). The thiomorpholinosilane thus obtained was stored under nitrogen because it reacted with moisture in air to form SiO 2 .

도 9는 상기 티오모폴리노실란에 대한 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MASS) 결과를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing gas chromatography-mass spectrometry (GC-MASS) results for the thiomorpholinosilane.

도 9에서 보는 바와 같이 GC를 통하여 확인한 결과 합성된 티오모폴리노실란의 순도는 96%로 나타났다.As shown in FIG. 9, the purity of the synthesized thiomorpholinosilane was 96%.

도 10은 본 실시예에서 합성한 티오모폴리노실란의 구조를 확인하기 위한 1H-NMR 구조분석 결과를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the results of 1 H-NMR structural analysis for confirming the structure of the thiomorpholinosilane synthesized in the present embodiment.

도 10의 1H-NMR 챠트를 참조하면, Si에 결합된 3개의 수소 원자의 피크(@ 화학적 이동 4.3 ppm) 및 티오모폴린 모이어티에 존재하는 4개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 2.7 ppm) 및 4개의 수소의 피크(@ 화학적 이동 4.3 ppm)를 확인할 수 있었다. 더 구체적으로, 이 티오모폴리노실란에 대한 NMR 구조분석 결과는 아래와 같았다.Referring to the 1 H-NMR chart of FIG. 10, the peaks of three hydrogen atoms bonded to Si (@ 4.3 ppm chemical shift) and the peaks of four hydrogens present in the thiomorpholine moiety (@ 2.7 ppm chemical shift) and Four hydrogen peaks (@ 4.3 ppm chemical shift) were found. More specifically, the NMR structural analysis of this thiomorpholinosilane was as follows.

1H-NMR (400 MHz, benzene-d6): 2.7 ppm[4H, thiomorpholine], 2.0 ppm [4H, thiomorpholine], 4.3 ppm [3H, Si-H]. 1 H-NMR (400 MHz, benzene- d6 ): 2.7 ppm [4H, thiomorpholine], 2.0 ppm [4H, thiomorpholine], 4.3 ppm [3H, Si-H].

비교예Comparative Example 1 One

한솔케미칼사에서 상업적으로 구입할 수 있는 종래의 실리콘 전구체로 가장 우수하다고 알려진 비스디에틸아미노실란(BDEAS)을 실리콘막 증착시험에 사용하였다.Bisdiethylaminosilane (BDEAS), best known as a conventional silicon precursor commercially available from Hansol Chemical, was used for the silicon film deposition test.

핵자기공명(Nuclear magnetic resonance NMRNMR ) 구조분석Structural analysis

실시에 1-6에서 합성된 화합물의 1H-NMR 및 13C-NMR 구조분석은 JEOL JNM-ECS 400MHz NMR spectrometer(1H-NMR 400 MHz, 13C-NMR 400 MHz)를 이용하여 실시하였다. NMR 용매 benzene-d 6 는 하루 동안 CaH2로 교반시켜 잔류수분을 완전하게 제거시킨 후 사용하였다. 1 H-NMR and 13 C-NMR structural analysis of the compounds synthesized in Examples 1-6 were performed using JEOL JNM-ECS 400 MHz NMR spectrometer ( 1 H-NMR 400 MHz, 13 C-NMR 400 MHz). NMR solvent benzene- d 6 was used after completely removing residual moisture by stirring with CaH 2 for one day.

GCGC -- MASSMASS 분석 analysis

실시에 1-6에서 합성된 화합물의 가스 크로마토그래피-질량 분석은 Agilent 6890 GC & 5973N mass spectrometer를 이용하여 실시하였다. 측정시료의 농도는 1 mg/L = 1 ppm을 사용하였다.Gas chromatography-mass spectrometry of the compounds synthesized in Examples 1-6 was performed using an Agilent 6890 GC & 5973N mass spectrometer. The sample concentration was 1 mg / L = 1 ppm.

실리콘막Silicon film 증착 시험 Deposition test

실시예 3에서 합성한 디모폴리노실란, 실시예 5에서 합성한 디티오모폴리노실란, 및 비교예 1의 BDEAS를 이용한 실리콘막의 증착시험을 진행하였다. 실리콘막의 증착 시험의 조건은 다음과 같았다. 즉 진공 증착기의 증착 챔버 내의 압력을 0.2 내지 2.0 torr가 되도록 진공 상태로 유지하면서 상기 증착 챔버 내로 아르곤 가스를 250 sccm의 유량으로 흘려 주면서 직경 300 mm 실리콘 웨이퍼를 400℃로 가열한 상태에서 상기 실리콘 웨이퍼 위에 다시 실리콘막을 증착하는 시험을 하였다.The deposition test of the silicon film using the dimorpholinosilane synthesize | combined in Example 3, the dithiomorpholinosilane synthesize | combined in Example 5, and the BDEAS of the comparative example 1 was performed. The conditions of the deposition test of the silicon film were as follows. That is, while maintaining the pressure in the deposition chamber of the vacuum evaporator to 0.2 to 2.0 torr in a vacuum state, while flowing an argon gas into the deposition chamber at a flow rate of 250 sccm, the silicon wafer was heated to 400 ° C. in a state of 300 mm diameter. On the test again, a silicon film was deposited.

표 3은 실시예 3에서 합성한 디모폴리노실란, 실시예 5에서 합성한 디티오모폴리노실란, 및 비교예 1의 BDEAS을 사용한 실리콘막 형성 시험의 결과를 나타낸다. 표 3을 참조하면, 실시예 3 및 5에서 얻은 디모폴리노실란 및 디티오모폴리노실란을 이용하여 실리콘막 증착 시험을 한 경우가 비교예 1의 현재 많이 사용하고 있는 실리콘 전구체인 BDEAS을 이용한 경우에 비하여 실리콘막 중에 형성된 기공 갯수가 현저히 감소하고 또한 실리콘막의 표면조도(surface roughness)가 현저히 낮아서 더 균일한 실리콘막을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 비교예 1의 BDEAS의 경우 30개의 셀당 약 15 nm 크기의 기공이 10개가 존재하는 반면에 실시예 3의 디모폴리노실란의 경우 약 15 nm 크기의 2개만 존재하고 실시예 5의 디티오몰포리노실란의 경우에는 전혀 존재하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1의 BDEAS의 경우 약 0.35 nm의 표면조도를 갖는 반면에 실시예 3 및 5의 디모폴리노실란 및 디티오모폴리노실란의 경우 각각 0.249 nm 및 0.214 nm의 표면조도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터, 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하는 고리형 아미노실란 화합물이 사슬형 아미노 실란 화합물보다 우수한 실리콘 전구체라는 사실을 확인할 수 있었다.Table 3 shows the result of the silicon film formation test using the dimorpholinosilane synthesized in Example 3, the dithiomorpholinosilane synthesized in Example 5, and the BDEAS of Comparative Example 1. Referring to Table 3, the case where the silicon film deposition test using the dimorpholinosilane and the dithiomorpholinosilane obtained in Examples 3 and 5 was performed using BDEAS, which is a silicon precursor currently used in Comparative Example 1 In comparison, the number of pores formed in the silicon film was significantly reduced, and the surface roughness of the silicon film was remarkably low, resulting in a more uniform silicon film. Specifically, in the case of the BDEAS of Comparative Example 1, there are 10 pores having a size of about 15 nm per 30 cells, whereas in the case of the dimorpholinosilane of Example 3, only two of about 15 nm are present, It was confirmed that no morpholinosilane was present at all. In addition, the BDEAS of Comparative Example 1 had a surface roughness of about 0.35 nm, while the dimorpholinosilanes and dithiomorpholinosilanes of Examples 3 and 5 had surface roughness of 0.249 nm and 0.214 nm, respectively. Could. From this, it was confirmed that the cyclic aminosilane compound including the oxygen atom or the sulfur atom and the nitrogen atom together in one ring is a silicon precursor superior to the chain amino silane compound.

여기에서 기공이란, 실리콘 웨이퍼위에 실리콘 전구체를 이용하여 실리콘 막을 증착하였을 때, 실리콘막 중에 형성되는 빈 공간(void)을 나타내는 것으로 기공 갯수가 작을 수록 우수한 실리콘 전구체라고 평가할 수 있다. 또한 표면조도는 실리콘 웨이퍼 위에 실리콘 전구체를 이용하여 실리콘막을 증착하였을 때, 실리콘막 표면상에 형성되는 거칠기를 나타낸 것으로, 표면조도 값이 작을수록 우수한 실리콘 전구체라고 평가할 수 있다.
Here, the pores represent voids formed in the silicon film when the silicon film is deposited on the silicon wafer using the silicon precursor, and the smaller the number of pores, the better the silicon precursor. In addition, the surface roughness represents a roughness formed on the surface of the silicon film when the silicon film is deposited using the silicon precursor on the silicon wafer, and the smaller the surface roughness value, the better the silicon precursor.

기공 개수 측정Pore count

실시예 3에서 합성한 디모폴리노실란, 실시예 5에서 합성한 디티오모폴리노실란, 및 비교예 1의 BDEAS를 이용하여 증착한 실리콘막 각각에 대하여 주사형전자현미경(SEM: Scannig Electron Microscopy)을 이용하여 30개의 셀 당 약 15 nm 크기의 기공이 몇 개 존재하는지 여부를 확인하였다. Scannig Electron Microscopy (SEM) for each of the dimorpholinosilanes synthesized in Example 3, the dithiomorpholinosilanes synthesized in Example 5, and the silicon film deposited using the BDEAS of Comparative Example 1 It was confirmed how many pores of about 15 nm size per 30 cells.

표면조도Surface roughness 측정방법 How to measure

실시예 3에서 합성한 디모폴리노실란, 실시예 5에서 합성한 디티오모폴리노실란, 및 비교예 1의 BDEAS를 이용하여 증착한 실리콘막 각각에 대하여 아래 표 2에 표시한 다음 5개의 위치에서 원자력간현미경(AFM: Atomic Force Microscopy)을 이용하여 표면 조도를 측정하고 이를 평균한 값을 표면 조도로서 표 3에 종합하였다. 이때 직경 300 mm 웨이퍼의 중앙 지점의 (X,Y) 좌표를 (0,0)으로 하였다.The dimorpholinosilanes synthesized in Example 3, the dithiomorpholinosilanes synthesized in Example 5, and the silicon films deposited using the BDEAS of Comparative Example 1 are shown in Table 2 below at five positions. Surface roughness was measured using Atomic Force Microscopy (AFM), and the average value was summarized in Table 3 as surface roughness. At this time, the (X, Y) coordinate of the center point of the 300 mm diameter wafer was set to (0,0).

측정지점Measuring point X좌표 (mm)X coordinate (mm) Y 좌표 (mm)Y coordinate (mm) 중앙지점Center point 00 00 상부 지점Upper point 00 145145 좌측 지점Left point -145-145 00 하부 지점Bottom point 00 -145-145 우측 지점Right point 145145 00

비교예 1Comparative Example 1 실시예 3Example 3 실시예 5Example 5 화합물명Compound name 비스디에틸아미노실란
(BDEAS)
Bisdiethylaminosilane
(BDEAS)
디모폴리노실란Dimorpholinosilane 디티오모폴리노실란Dithiomorpholinosilane
화합물
화학구조
compound
Chemical structure

Figure 112013043073791-pat00031
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Figure 112013043073791-pat00032
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Figure 112013043073791-pat00033
Figure 112013043073791-pat00033
기공 개수
(개/30cell)
Pore count
(30 cells)
10개 @15 nm10 @ 15 nm 2개 @15 nm2 @ 15 nm 0개 @15 nm0 @ 15 nm
표면조도
(nm)
Surface roughness
(nm)
0.350.35 0.2490.249 0.2140.214

이상의 결과로부터, 낮은 분자량과 높은 끓는점을 갖는 새로운 형태의 실리콘 전구체의 특징을 갖는 본 발명에 따른 하나의 고리 내에 산소 원자 또는 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하거나 또는 2개의 질소 원자를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물은 실리콘 웨이퍼 등의 실리콘 원자를 포함하거나 금속 원자를 포함하는 하부구조물과의 친화력 및 결합력이 매우 우수하다. 따라서 본 발명에 따른 고리형 아미노실란 화합물을 이용하여 실리콘막 또는 실리콘을 함유하는 물질막을 형성하면 빠른 속도로 하부구조물의 표면위에 균일한 막을 얻을 수 있다.From the above results, a cyclic ring containing oxygen atoms or sulfur atoms and nitrogen atoms together or containing two nitrogen atoms in one ring according to the present invention, which is characterized by a new type of silicon precursor having a low molecular weight and a high boiling point. The aminosilane compound is very excellent in affinity and bonding strength with substructures containing silicon atoms such as silicon wafers or containing metal atoms. Therefore, by forming the silicon film or the silicon-containing material film using the cyclic aminosilane compound according to the present invention it is possible to obtain a uniform film on the surface of the substructure at a high speed.

M/Z: 질량/전하의 비
δ: 화학적 이동(chemical shift)
M / Z: ratio of mass / charge
δ: chemical shift

Claims (12)

삭제delete 하기 화학식 (1) 내지 (4) 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 고리형 아미노실란 화합물:
Figure 112013102573534-pat00034

상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 황 원자이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이다.
A cyclic aminosilane compound represented by any one of the following formulas (1) to (4):
Figure 112013102573534-pat00034

In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, X is a sulfur atom, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C1-C10 alkoxy group, C6-C12 It is an aryl group, a vinyl group, or an allyl group.
제2항에 있어서, 상기 고리형 아미노실란 화합물은 하기 화학식 (8)로 표시되는 디티오모폴리노실란 또는 화학식 (9)로 표시되는 티오모폴리노실란인 것을 특징으로 하는 고리형 아미노실란 화합물:
Figure 112013102573534-pat00055
.
The cyclic aminosilane compound according to claim 2, wherein the cyclic aminosilane compound is dithiomorpholinosilane represented by the following formula (8) or thiomorpholinosilane represented by the formula (9):
Figure 112013102573534-pat00055
.
하기 반응식 1에 따라 할로겐화 실란 화합물 (A)와 하나의 고리 내에 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하는 고리형 아민 화합물 (B)의 반응에 의하여 하나의 고리 내에 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하는 고리형 아미노실란 화합물 (1), (2), (3), 또는 (4)를 얻는 단계를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법:
[반응식 1]
Figure 112013102573534-pat00036

상기 식에서, A, B, C, 및 D는 각각 독립적으로 F, Cl, Br, I 또는 수소원자이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 황 원자이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이다.
A ring including both a sulfur atom and a nitrogen atom in one ring by reaction of a halogenated silane compound (A) with a cyclic amine compound (B) including both a sulfur atom and a nitrogen atom in one ring according to Scheme 1 below. A process for preparing a cyclic aminosilane compound comprising the step of obtaining the type aminosilane compound (1), (2), (3), or (4):
[Reaction Scheme 1]
Figure 112013102573534-pat00036

Wherein A, B, C, and D are each independently F, Cl, Br, I or a hydrogen atom, n and m are each independently an integer from 0 to 5, X is a sulfur atom, R 1 and R 2 is each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C1-C10 alkoxy group, a C6-C12 aryl group, a vinyl group or an allyl group.
제4항에 있어서, 상기 반응식 1에 따른 화학 반응은 유기 용매 중에서 일어나고, 상기 유기 용매는 C4 내지 C10 알칸, C4 내지 C10 시클로알칸, C6 내지 C8 방향족 탄화수소, C2 내지 C10 지방족 에테르, C4 내지 C10 고리형 지방족 에테르, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법.The method according to claim 4, wherein the chemical reaction according to Scheme 1 takes place in an organic solvent, the organic solvent is C4 to C10 alkanes, C4 to C10 cycloalkanes, C6 to C8 aromatic hydrocarbons, C2 to C10 aliphatic ethers, C4 to C10 rings A method for producing a cyclic aminosilane compound, characterized in that the aliphatic ether, or a mixture thereof. 제4항에 있어서, 상기 할로겐화 실란 화합물 (A)는 하기 화학식 (C), (D), (E) 또는 (F)로 표시되는 염소가 치환된 실란 화합물인 것을 특징으로 하는 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법:
Figure 112013102573534-pat00037
.
The cyclic aminosilane compound according to claim 4, wherein the halogenated silane compound (A) is a silane compound substituted with chlorine represented by the following formulas (C), (D), (E) or (F): Manufacturing method of:
Figure 112013102573534-pat00037
.
페닐실란과 트리플루오로메탄설폰산을 반응시켜 실릴 트리플레이트(silyl triflate)를 얻은 후, 상기 실릴 트리플레이트를 하나의 고리 내에 황 원자 및 질소 원자를 함께 포함하는 하기 고리형 아민 화합물 (B)와 반응시켜 하기 고리형 아미노실란 화합물 (1)을 얻는 단계를 포함하는 고리형 아미노실란 화합물의 제조방법:
Figure 112013102573534-pat00038
,
Figure 112013102573534-pat00039
.
상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 황 원자이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이다.
After reacting phenylsilane with trifluoromethanesulfonic acid to obtain silyl triflate, the silyl triflate is combined with the following cyclic amine compound (B) containing a sulfur atom and a nitrogen atom in one ring. A method for producing a cyclic aminosilane compound comprising the step of reacting to obtain the following cyclic aminosilane compound (1):
Figure 112013102573534-pat00038
,
Figure 112013102573534-pat00039
.
In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, X is a sulfur atom, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C1-C10 alkoxy group, C6-C12 It is an aryl group, a vinyl group, or an allyl group.
박막 형성 방법으로서,
하기 화학식 (1) 내지 (4) 중 어느 하나로 표시되는 고리형 아미노실란 화합물을 이용하여 증착 공정에 의하여 기판상에 실리콘막 또는 실리콘을 함유하는 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법:
Figure 112013102573534-pat00056

상기 화학식에서, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고, X는 황 원자이고, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, C6-C12 아릴기, 비닐기 또는 알릴기이다.
As a thin film formation method,
A method of forming a thin film comprising forming a silicon film or a silicon-containing material film on a substrate by a deposition process using a cyclic aminosilane compound represented by any one of the following Formulas (1) to (4):
Figure 112013102573534-pat00056

In the above formula, n and m are each independently an integer of 0 to 5, X is a sulfur atom, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C1-C10 alkoxy group, C6-C12 It is an aryl group, a vinyl group, or an allyl group.
삭제delete 제8항에 있어서, 상기 고리형 아미노실란 화합물은 하기 화학식 (8)로 표시되는 디티오모폴리노실란 또는 화학식 (9)로 표시되는 티오모폴리노실란인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법:
Figure 112013102573534-pat00057
.
The method for forming a thin film according to claim 8, wherein the cyclic aminosilane compound is dithiomorpholinosilane represented by the following general formula (8) or thiomorpholinosilane represented by the general formula (9):
Figure 112013102573534-pat00057
.
제8항에 있어서, 상기 증착 공정은 원자층 증착 공정(ALD) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD)인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.The method of claim 8, wherein the deposition process is an atomic layer deposition process (ALD) or a chemical vapor deposition process (CVD). 제8항에 있어서, 상기 실리콘을 함유하는 물질막은 폴리실리콘막, 실리콘 산화물 막, 실리콘 질화물 막, 금속 실리콘 산화물막, 또는 금속 실리콘 질화물 막인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.


.
The method of claim 8, wherein the material film containing silicon is a polysilicon film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a metal silicon oxide film, or a metal silicon nitride film.


.
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