KR101785594B1 - Precusor compositions and Method for forming a thin film using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 1>로 표시되는 화합물을 포함한다.
<화학식 1>
상기 <화학식 1>의 M은 주기율표상에서 4A족 또는 4B족에 속하는 금속 원소 중에서 선택된 어느 하나이며, m은 1 내지 5의 정수 중에서 선택된 어느 하나이고, L은 C1-C5의 알콕사이드기, C1-C5의 아미노기 또는 C1-C5의 다이알킬아미노기 중에서 선택된 어느 하나이다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention includes a compound represented by the following formula (1).
≪ Formula 1 >
Wherein M is any one selected from the group consisting of 4A and 4B metal elements on the periodic table, m is any one selected from integers from 1 to 5, L is a C 1 -C 5 alkoxide group, C any one selected from the group consisting of 1 -C 5 group of an amino group or a dialkyl amino group of the C 1 -C 5.
Description
본 발명은 성막용 전구체 조성물 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이며, 상세하게는 유기금속 화합물을 포함하는 성막용 전구체 조성물 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a film forming precursor composition and a thin film forming method using the same, and more particularly, to a film forming precursor composition containing an organic metal compound and a thin film forming method using the same.
전자 기술이 발전함에 따라, 각종 전자 장치에 활용되는 전자 소자의 미세화, 경량화에 대한 요구가 급증하고 있다. 미세한 전자 소자를 형성하기 위해서 다양한 물리적, 화학적 증착 방법이 제안되었으며, 이러한 증착 방법에 의해 금속 박막, 금속산화물 박막 또는 금속질화물 박막 등 각종 전자 소자를 제조하기 위한 다양한 박막 증착이 가능하다.BACKGROUND ART [0002] As electronic technology has developed, demands for miniaturization and weight reduction of electronic devices used in various electronic devices have increased rapidly. A variety of physical and chemical deposition methods have been proposed to form fine electronic devices. Various thin film deposition methods are available for manufacturing various electronic devices such as a metal thin film, a metal oxide thin film, or a metal nitride thin film by such a deposition method.
전자 기술의 발전에 따른 미세화, 저전력화, 고용량화 추세에 부응할 수 있도록 소형화된 전자 소자를 제조하기 위해서는, 특히 금속산화물 소자(MOC, Metal-Oxide Semiconductor)를 비롯한 각종 전자 소자의 소형화가 요구된다. In order to manufacture a miniaturized electronic device so as to meet the trend of miniaturization, low power consumption and high capacity due to development of electronic technology, miniaturization of various electronic devices including metal oxide semiconductor (MOC) devices is required.
4A족 또는 4B족 금속 원소를 포함하는 전구체는 우수한 안정성, 전도성을 가지는 전구체로서 박막 증착에 각광을 받고 있다. 특히 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD, metal organic chemical vapor deposition)이나 원자층 증착(ALD, atomic layer deposition) 공정에서 4A족 또는 4B족 금속 원소를 포함하는 전구체가 활용되고 있다. MOCVD나 ALD 공정에서 증착되는 박막 특성을 확보하기 위해서는, 공급되는 4A족 또는 4B족 금속 원소를 포함하는 전구체가 열적으로 안정해야 하며, 저온에서 높은 증기압을 가져야 한다. A precursor containing a Group 4A or Group 4B metal element has been spotlighted for thin film deposition as a precursor having excellent stability and conductivity. Particularly, precursors including metal elements of group 4A or group 4B have been utilized in metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or atomic layer deposition (ALD) processes. In order to ensure the thin film properties to be deposited in the MOCVD or ALD process, the precursor containing the 4A or 4B metal element to be supplied must be thermally stable and have a high vapor pressure at low temperatures.
본 발명의 목적은 열 안정성이 우수한 성막용 전구체 조성물을 제공하고, 이를 이용하여 양질의 박막을 증착하는 박막 증착 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a precursor composition for film formation that is excellent in thermal stability, and to provide a thin film deposition method for depositing a thin film using the precursor composition.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다. Other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and drawings.
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은 하기 <화학식 1>로 표시되는 화합물을 포함한다.The precursor composition for film formation according to one embodiment of the present invention includes a compound represented by the following formula (1).
상기 <화학식 1>의 M은 주기율표상에서 4A족 또는 4B족에 속하는 금속 원소 중에서 선택된 어느 하나이며, m은 1 내지 5의 정수 중에서 선택된 어느 하나이고, L은 C1-C5의 알콕사이드기, C1-C5의 아미노기 또는 C1-C5의 다이알킬아미노기 중에서 선택된 어느 하나이다.Wherein M is any one selected from the group consisting of 4A and 4B metal elements on the periodic table, m is any one selected from integers from 1 to 5, L is a C 1 -C 5 alkoxide group, C any one selected from the group consisting of 1 -C 5 group of an amino group or a dialkyl amino group of the C 1 -C 5.
상기 <화학식 1>의 M은 Ti, Zr 또는 Hf 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.M in Formula 1 may be any one selected from Ti, Zr, and Hf.
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 2>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (2).
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 3>으로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be characterized by being represented by the following formula (3).
상기 <화학식 3>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The R in the formula 3 may be any one selected from the group consisting of C 1 -C 5 alkyl groups.
상기 성막용 전구체 화합물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 4>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다. The compound contained in the film forming precursor compound may be represented by the following formula (4).
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 5>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (5).
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 6>으로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (6).
상기 <화학식 6>의 R1 내지 R6는 각각 독립적으로 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.R 1 to R 6 in Formula 6 may each independently be selected from C 1 -C 5 alkyl groups.
상기 <화학식 6>의 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6는 각각 서로 연결되어 이들이 결합되어 있는 질소원자와 함께 C3-C6의 사이클릭 아민기를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 in the formula 6 are connected to each other to form a C 3 -C 6 cyclic amine group together with the nitrogen atom to which they are bonded .
상기 성막용 전구체 조성물은, 상기 <화학식 6>으로 표시되는 화합물 1 몰 내지 10 몰; 및 하기 <화학식 15>로 표시되는 아민 화합물, 하기 <화학식 16>으로 표시되는 지환족 불포화 화합물 또는 하기 <화학식 17>로 표시되는 방향족 화합물 1 몰 내지 10 몰의 비율로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein the precursor composition for film formation comprises 1 to 10 mol of a compound represented by the general formula (6); And an amine compound represented by the following formula (15), an alicyclic unsaturated compound represented by the following formula (16), or an aromatic compound represented by the following formula (17): can do.
상기 <화학식 15>에서 R'1 내지 R'3은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소수 10의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이고, 상기 <화학식 16>에서 R''1 내지 R''8은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 또는 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택되고, 상기 <화학식 17>에서 R'''1 내지 R'''6은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 또는 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택되며, m' 및 n'는 서로 독립적으로 0 내지 10의 정수에서 선택될 수 있다.In the
상기 <화학식 15>의 화합물은 트리에틸아민인 것을 특징으로 할 수 있다.The compound of formula (15) may be characterized in that it is triethylamine.
상기 <화학식 16>의 화합물은 사이클로헵타트리엔인 것을 특징으로 할 수 있다.The compound of formula (16) may be characterized by being cycloheptatriene.
상기 <화학식 17>의 화합물은 자일렌인 것을 특징으로 할 수 있다.The compound of formula (17) may be characterized as being xylene.
상기 성막용 전구체 조성물은, 상기 <화학식 6>으로 표시되는 화합물 1 몰 내지 5 몰; 및 트리에틸아민, 사이클로헵타트리엔 또는 자일렌 1 몰 내지 5 몰의 비율로 혼합된 혼합물이며, 상기 <화학식 6>로 표시되는 화합물은 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV)인 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein the precursor composition for film formation comprises 1 to 5 mol of a compound represented by the formula (6); And 1 to 5 moles of triethylamine, cycloheptatriene or xylene, and the compound represented by the formula (6) is a mixture of tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium IV). ≪ / RTI >
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 7>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (7).
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 8>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (8).
상기 <화학식 8>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.R in the formula 8 may be any one selected from the group consisting of C 1 -C 5 alkyl groups.
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 9>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (9).
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 10>으로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (10).
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 11>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (11).
상기 <화학식 11>의 R1 내지 R6는 각각 독립적으로 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Each of R 1 to R 6 in the formula (11) may be independently selected from C 1 -C 5 alkyl groups.
상기 <화학식 11>의 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6는 각각 서로 연결되어 이들이 결합되어 있는 질소원자와 함께 C3-C6의 사이클릭 아민기를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 in the formula (11) are connected to each other to form a C 3 -C 6 cyclic amine group together with the nitrogen atom to which they are bonded .
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 12>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (12).
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 13>으로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (13).
상기 <화학식 13>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.R in the above formula (13) may be any one selected from a C 1 -C 5 alkyl group.
상기 성막용 전구체 조성물에 포함되는 화합물은 하기 <화학식 14>로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.The compound contained in the film forming precursor composition may be represented by the following formula (14).
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은, 상기의 성막용 전구체 조성물을 공급하여 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition) 또는 화학 기상 증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)에 의해 기판상에 박막을 증착한다.A thin film deposition method according to an embodiment of the present invention is a method of depositing a thin film on a substrate by supplying the precursor composition for film formation and atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD) Lt; / RTI >
상기 박막은 50 ~ 700 ℃의 온도범위에서 증착될 수 있다.The thin film may be deposited at a temperature ranging from 50 to 700 ° C.
상기 성막용 전구체 조성물은 버블링 방식, 기체상(vapor phase) 엠에프씨(MFC: Mass Flow Controller) 방식, 직접 기체 주입(DGI: Direct Gas Injection) 방식, 직접 액체 주입(DLI: Direct Liquid Injection) 방식 또는 상기 성막용 전구체 조성물을 유기용매에 용해시켜 상기 기판상에 이동시키는 유기용액 공급 방식 중 선택된 이동 방식을 통해 상기 기판으로 이동할 수 있다.The precursor composition for film formation may be a bubbling method, a vapor phase mass flow controller (MFC) method, a direct gas injection (DGI) method, a direct liquid injection (DLI) Or an organic solution supplying method in which the precursor composition for film formation is dissolved in an organic solvent and transferred onto the substrate.
상기 성막용 전구체 조성물은 운반가스와 함께 상기 버블링 방식 또는 상기 직접 기체 주입 방식에 의해 상기 기판상으로 이동하되, 상기 운반가스는, 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He) 또는 수소(H2) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 혼합물일 수 있다.The precursor composition for film formation is moved onto the substrate by the bubbling method or the direct gas injection method together with a carrier gas, and the carrier gas may be argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium And hydrogen (H 2 ).
상기 박막은 티타늄 산화막, 지르코늄 산화막, 하프늄 산화막 중 어느 하나이며, 상기 박막의 증착시 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 반응가스를 공급할 수 있다.The thin film is any one of a titanium oxide film, a zirconium oxide film, and a hafnium oxide film. The thin film is composed of water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) It is possible to supply at least one kind of reaction gas selected from the group.
상기 박막은 티타늄 질화막, 지르코늄 질화막, 하프늄 질화막 중 어느 하나이며, 상기 박막의 증착시 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 이산화질소(NO2) 및 질소(N2)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 반응가스를 공급할 수 있다.The thin film is any one of a titanium nitride film, a zirconium nitride film, and a hafnium nitride film. The thin film is composed of ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), and nitrogen (N 2 ) Can be supplied.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물 및 이를 이용하여 형성된 박막의 효과를 설명하면 다음과 같다.Effects of the precursor composition for film formation and the thin film formed using the precursor composition according to an embodiment of the present invention will be described below.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물은 열 안정성이 효과적으로 증가한다. The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention effectively increases thermal stability.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물은 열 안정성이 우수하므로, 상기 성막용 전구체 조성물을 이용하여 기판상에 박막 증착시 박막 증착 온도가 증가할 수 있다.Since the precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention has excellent thermal stability, the precursor composition for film formation may increase the deposition temperature of the thin film on the substrate.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물은 열 안정성이 우수하므로, 원자층증착(ALD) 공정에서 안정적으로 단일 원자층을 증착할 수 있으며, ALD 공정의 window 범위를 확대할 수 있다.Since the precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention has excellent thermal stability, a single atomic layer can be deposited stably in an atomic layer deposition (ALD) process, and the window range of an ALD process can be extended.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물은 증착 공정에서 잔여물(residue)의 양을 효과적으로 감소시킨다.The precursor composition for film formation according to one embodiment of the present invention effectively reduces the amount of residue in the deposition process.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물은 잔여물의 양을 효과적으로 감소시키므로, 성막용 전구체 화합물의 보관안전성이 확보되며, 증착 과정에서 증발기(vaporizer)의 온도를 증가시킬 수 있다.Since the precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention effectively reduces the amount of the residue, the storage stability of the precursor compound for deposition is secured and the temperature of the vaporizer can be increased during the deposition process.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물을 이용하여 기판상에 박막 증착을 하는 경우, 기판상에 증착된 박막의 품질이 개선된다.When a thin film is deposited on a substrate using the precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention, the quality of the thin film deposited on the substrate is improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCp의 FID 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTi(O-Ipr)3의 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTi(O-Ipr)3의 열 테스트 후에 수행된 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTi(O-Ipr)3의 TGA/DSC 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTDMAZ 화합물의 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H) 각각의 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTDMAZ 화합물, 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)의 열 테스트 후에 수행된 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTDMAZ 화합물, 상기 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)의 DSC 열곡선 및 TGA 열곡선을 도시한 그래프이다.1 is a graph showing FID analysis results of CpCp according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing NMR analysis results of CpCpTi (O-Ipr) 3 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing NMR analysis performed after a thermal test of CpCpTi (O-Ipr) 3 according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a TGA / DSC analysis result of CpCpTi (O-Ipr) 3 according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing NMR analysis results of a CpCpTDMAZ compound according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing NMR analysis results of each of the composition (CT), the composition (CX), and the composition (CH) according to one embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the results of NMR analysis performed after a thermal test of a CpCpTDMAZ compound, a composition (CT), a composition (CX), and a composition (CH) according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the DSC thermal curve and the TGA thermal curve of the CpCpTDMAZ compound, the composition (CT), the composition (CX), and the composition (CH) according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 성막용 전구체 조성물 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로, 이하에 첨부된 화학식 및 그래프를 이용하여 본 발명의 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.The present invention relates to a film forming precursor composition and a thin film forming method using the same, and the embodiments of the present invention will be described with reference to the following formulas and graphs. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below.
전자 기술의 발전에 따라 각종 전자 장치에 활용되는 전자 소자의 미세화, 저전력화, 고용량화에 대한 요구가 급증하고 있다. 소형화된 전자 소제를 제조하기 위해서는, 특히 금속산화물 반도체(MOS, Metal-Oxide Semiconducdor) 소자 등의 소형화가 요구된다.BACKGROUND ART [0002] With the development of electronic technology, demands for miniaturization, low power consumption, and high capacity of electronic devices used in various electronic devices are increasing rapidly. In order to manufacture a miniaturized electrochemical cleaner, miniaturization of a metal oxide semiconductor (MOS) or metal oxide semiconductor (MOS) device is required.
MOS 소자를 비롯한 전자 소자를 소형화하기 위해서는 MOS 트랜지스터의 게이트 유전막이나 커패시터의 유전막을 형성하는 게이트 유전물질인 산화물의 면적이나 두께가 감소될 필요가 있다. 하지만, 게이트 유전막의 면적을 감소시키면 게이트 충전용량이 감소된다. 또한 게이트 유전막의 두께를 감소시키면 충전용량이 증가하지만, 누설전류도 증가하여 전자 소자의 성능이 저하된다.In order to miniaturize electronic devices including MOS devices, it is necessary to reduce the area or the thickness of the gate dielectric film of the MOS transistor or the oxide which is the gate dielectric material forming the dielectric film of the capacitor. However, reducing the area of the gate dielectric film reduces the gate charge capacity. Also, if the thickness of the gate dielectric film is reduced, the charging capacity is increased, but the leakage current is also increased and the performance of the electronic device is deteriorated.
종래에는 일반적으로 MOS 소자로서 이산화실리콘(SiO2)을 사용하였다. 이산화실리콘은 직접 양자 역학적 터널링(direct quantum mechanical tunneling)이 일어나는 물리적 두께의 한계가 존재하며, 그 물리적 두께의 한계는 약 1.5 ~ 2 mm이다. 이산화실리콘은 물리적 두께의 한계 이하의 두께에서 터널링 효과에 기인하는 누설전류의 문제가 있으므로, 이산화실리콘을 사용하여 MOS 소자의 유전막 두께를 줄이는 것에는 한계가 있었다. 따라서, 이산화실리콘과 전기적으로 등가인 산화막을 형성하며, 동시에 물리적으로 터널링이 일어나지 않고, 이산화실리콘에 비해 상대적으로 얇은 유전 박막을 형성할 수 있는 고유전율 소재에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히, TiO2, ZrO2, HfO2, STO(SrTiO3), BST((Ba,Sr)TiO3), HfSiOX 및 ZrSiOX 등의 금속 산화물들이 차세대 고유전율 재료로서 각광을 받고 있다.In the past, silicon dioxide (SiO 2 ) was generally used as a MOS device. Silicon dioxide has a limitation of the physical thickness at which direct quantum mechanical tunneling occurs, and its physical thickness limit is about 1.5 to 2 mm. There has been a limit to reducing the dielectric film thickness of MOS devices using silicon dioxide because silicon dioxide has a problem of leakage current due to the tunneling effect at thicknesses below the physical thickness limit. Therefore, there is a growing interest in a high dielectric constant material that forms an oxide film that is electrically equivalent to silicon dioxide, and at the same time does not cause physical tunneling and can form a relatively thin dielectric film compared to silicon dioxide. Particularly, TiO 2 Metal oxides such as ZrO 2 , HfO 2 , STO (SrTiO 3 ), BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), HfSiO x and ZrSiO x are attracting attention as the next generation high-permittivity materials.
티타늄(Ti)은 반도체 소자의 여러 분야에서 이용되고 있다. 티타늄 산화물(titania, TiO2) 박막은 단일막으로 가장 높은 유전 상수를 갖는 박막으로, 동적임의접근메모리(DRAM, dynamic random access memory)의 각종 절연층으로 이용될 수 있다. 티나늄 질화물(TiN) 박막은 고밀도 DRAM의 하부 전극으로 이용될 수 있으며, Cu 등의 증착을 위한 접착층(adhesion layer)과 같은 내부접촉 금속(interconnection metal)으로도 이용될 수 있다. Titanium (Ti) is used in various fields of semiconductor devices. Titania (TiO 2 ) thin films are single films and thin films with the highest dielectric constant, and can be used as various insulating layers of dynamic random access memory (DRAM). The titanium nitride (TiN) thin film may be used as a lower electrode of a high-density DRAM, and may also be used as an interconnection metal such as an adhesion layer for depositing Cu and the like.
지르코늄(Zr) 역시 반도체 소자의 여러 분야에서 이용되고 있다. 지르코늄 산화물(zirconia, ZrO2) 박막은 유전상수 값(dielectric constant)이 약 25로 크고, 밴드 갭(band gap)이 약 5 eV 정도로 넓으며, 굴절률(약 2 초과)이 크고, 반응성이 우수하며, 화학적으로 안정하다. 지르코늄 산화물 박막은 Si 계면과의 접촉시 열적으로 안정하기 때문에 DRAM 등의 반도체 장치 제조시 게이트 유전막(gate dielectric) 또는 커패시터의 유전막으로 활용된다.Zirconium (Zr) is also used in various fields of semiconductor devices. A zirconia (ZrO 2 ) thin film has a dielectric constant of about 25, a band gap of about 5 eV, a large refractive index (greater than about 2), an excellent reactivity , And is chemically stable. Since the zirconium oxide thin film is thermally stable when it is in contact with the Si interface, it is used as a gate dielectric or a dielectric of a capacitor in manufacturing a semiconductor device such as a DRAM.
하프늄(Hf) 또한 반도체 소자의 여러 분야에서 이용되고 있으며, 하프늄 산화물(HfO2)은 지르코늄 산화물(ZrO2)과 유사한 물성을 가진다.Hafnium (Hf) is also used in various fields of semiconductor devices, and hafnium oxide (HfO 2 ) has properties similar to zirconium oxide (ZrO 2 ).
일반적으로 티타늄 함유막, 지르코늄 함유막 및 하프늄 함유막을 형성할 때, 금속유기화학기상증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)으로 대표되는 화학기상측착(CVD)이나 원자층 증착(ALD, Atomic Layer Deposition) 등의 화학적 증착 공정을 통하여 박막 증착이 이루어진다. MOCVD 증착 방법은 화학 기상 증착을 통하여 고품질의 티타늄 함유막, 지르코늄 함유막 믹 하프늄 함유막을 형성할 수 있고, ALD 증착 방법은 균일성이 높은 티타늄 함유막, 지르코늄 함유막 및 하프늄 함유막을을 생성하며 그 원자 단위까지 조절이 가능하다.Generally, when forming a titanium-containing film, a zirconium-containing film, and a hafnium-containing film, a chemical vapor deposition (CVD) method or an atomic layer deposition (ALD) method typified by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) ), And the like are deposited through a chemical vapor deposition process. The MOCVD deposition method can form a high-quality titanium-containing film, a zirconium-containing film-containing hafnium-containing film through chemical vapor deposition, and the ALD deposition method produces a titanium-containing film, a zirconium- It is possible to adjust to the atomic unit.
MOCVD나 ALD 공정을 통해 원하는 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄 함유막을 형성 및 증착하기 위해서는 각각의 공정에 적합한 티타늄 전구체(titanium precursor), 지르코늄 전구체(zirconium precursor) 또는 하프늄 전구체(hafnium precursor)를 사용해야 한다. 통상적으로 MOCVD 공정에서는, 250 ~ 500 ℃의 온도에서 성막용 티타늄 전구체, 성막용 지르코늄 전구체 또는 성막용 하프늄 전구체의 리간드(ligand)가 열적으로 분해 없이 제거되어 신속하게 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물 또는 하프늄 산화물로 분해되어야 한다. 한편, ALD 공정에서는 산화제로 작용하는 오존(O3)이나 물(H2O)에 의해 성막용 티타늄 전구체, 성막용 지르코늄 전구체 또는 성막용 하프늄 전구체에 존재하는 리간드가 신속하게 완전히 분해 및 제거될 필요가 있다. In order to form and deposit the desired titanium, zirconium or hafnium containing film through MOCVD or ALD processes, a titanium precursor, zirconium precursor or hafnium precursor suitable for each process must be used. Typically, in the MOCVD process, a ligand of a titanium precursor for film formation, a zirconium precursor for film formation, or a hafnium precursor for film formation is thermally decomposed to remove titanium oxide, zirconium oxide or hafnium oxide at a temperature of 250 to 500 ° C It must be disassembled. On the other hand, in the ALD process, the ligand present in the titanium precursor for film formation, the zirconium precursor for film formation or the hafnium precursor for film formation must be completely decomposed and removed by ozone (O 3 ) or water (H 2 O) .
MOCVD나 ALD 공정에 적합한 성막용 티타늄 전구체, 성막용 지르코늄 전구체 및 성막용 하프늄 전구체의 조건은, 저온(대략 100℃ 이하)에서 높은 증기압을 가져야 하고, 열적으로 충분한 안정성이 있어야 하며, 점성이 낮은 액체 물질이어야 한다.The conditions of the titanium precursor for film formation, the zirconium precursor for film formation and the hafnium precursor for film formation suitable for MOCVD or ALD processes must have a high vapor pressure at a low temperature (approximately 100 ° C or less), have sufficient thermal stability, Material.
본 발명은, 열적 안정성이 우수하여 고온에서 박막 증착이 가능하고, 형성된 박막의 스텝 커버리지(step coverase)를 향상시키며, 안정적으로 원자층 증착이 가능하여 광범위한 ALD window를 확보할 수 있는 전구체 물질을 제공하고자 한다.The present invention provides a precursor material capable of depositing a thin film at a high temperature with an excellent thermal stability, improving the step coverage of the formed thin film, and capable of stable atomic layer deposition, thereby securing an extensive ALD window. I want to.
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 1>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함한다.The precursor composition for film formation according to one embodiment of the present invention includes an organometallic compound represented by the following Chemical Formula 1.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 <화학식 1>에서 M은 주기율표상에서 4A족 또는 4B족에 속하는 금속 원소이며, Ti, Zr 또는 Hf 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. <화학식 1>에서 m은 1 내지 5의 정수 중 어느 하나를 나타내며, L은 C1-C5의 알콕사이드기, C1-C5의 아미노기 또는 C1-C5의 다이알킬아미노기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In Formula 1, M is a metal element belonging to Group 4A or 4B on the periodic table and may be any one selected from Ti, Zr, and Hf. <Formula 1> and m is 1, represents any one of integers of 1 to 5, L is any one selected from a dialkyl amino group of the C 1 -C 5 alkoxide group, C 1 -C 5 amino group or a C 1 -C 5 of the Lt; / RTI >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 2>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. <화학식 2>에서 m은 1 내지 5의 정수 중 어느 하나를 나타내며, L은 C1-C5의 알콕사이드기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. L은 이소프로폭시기일 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (2). In Formula 2, m represents any one of integers from 1 to 5, and L may be any one selected from the group consisting of C 1 -C 5 alkoxide groups. L may be an isopropoxy group.
<화학식 2>(2)
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 3>으로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. <화학식 3>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The precursor composition for film formation according to one embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (3). R in formula (3) may be any one selected from the group consisting of C 1 -C 5 alkyl groups.
<화학식 3>(3)
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 4>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 하기 <화학식 4>로 표시되는 유기금속 화합물은 트리스(이소프로폭시)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)티타늄 (Tris(isopropoxy)(cyclopenthylcyclopentadienyl)titanium, ((η-C5H5)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, CpCpTi(O-Ipr)3)이다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (4). An organic metal compound represented by the following <Formula 4> is tris (isopropoxy) (cyclopentyl-cyclopentadienyl) titanium (Tris (isopropoxy) (cyclopenthylcyclopentadienyl) titanium, ((η-C 5 H 5) C 5 H 9 ) is Ti (OCH (CH 3) 2 ) 3, CpCpTi (O-Ipr) 3).
<화학식 4>≪ Formula 4 >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 5>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 하기 <화학식 5>의 m은 상기 <화학식 1>의 m과 동일하다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (5). M in the following formula (5) is the same as m in the formula (1).
<화학식 5>≪ Formula 5 >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 6>으로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 하기 <화학식 6>의 R1 내지 R6는 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 하기 <화학식 6>의 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6는 각각 서로 연결되어 이들이 결합되어 있는 질소원자와 함께 탄소수 3 내지 10의 사이클릭 아민기를 형성할 수 있으며, 바람직하게는 C3-C6의 사이클릭 아민기를 형성할 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (6). R 1 to R 6 in the following formula (6) may be the same or different from each other and may be selected from a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 13 carbon atoms , Preferably a C 1 -C 5 alkyl group. R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 in the following formula (6) are connected to each other to form a cyclic amine group having 3 to 10 carbon atoms together with the nitrogen atom to which they are bonded, Preferably a C 3 -C 6 cyclic amine group.
<화학식 6>(6)
상기 <화학식 6>은 하기 화학식으로 표시되는 화합물 중의 어느 하나일 수 있다.The formula 6 may be any one of compounds represented by the following formulas.
상기 <화학식 6>으로 표시되는 사이클로알킬기가 치환된 사이클로펜타디에닐 지르코늄(IV)계 화합물의 구체적인 예로는 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV)(((n-C5H5)C5H9)Zr(N(CH3)2)3: CpCpTDAMZ), 트리스(디메틸아미노)(사이클로프로필사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV), 트리스(디메틸아미노)(사이클로부틸사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV), 트리스(디메틸아미노)(사이클로헥실사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV) 및 트리스(디메틸아미노)(사이클로헵틸사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV)이 포함된다. Specific examples of the cyclopentadienyl zirconium (IV) compound in which the cycloalkyl group is substituted with the above-mentioned formula 6 include tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium (IV) (((nC 5 H 5 ) C 5 H 9 ) Zr (N (CH 3 ) 2 ) 3 : CpCpTDAMZ), tris (dimethylamino) (cyclopropylcyclopentadienyl) zirconium (IV), tris Zirconium (IV), tris (dimethylamino) (cyclohexylcyclopentadienyl) zirconium (IV) and tris (dimethylamino) (cycloheptylcyclopentadienyl) zirconium (IV).
본 발명의 일 실시예에 의한 지르코늄 함유막 형성용 전구체 조성물은 상기 <화학식 6>으로 표시되는 사이클로알킬기가 치환된 사이클로펜타디에닐 지르코늄(IV)계 화합물 1 몰 내지 10 몰 및 하기 <화학식 15>로 표시되는 아민 화합물, 하기 <화학식 16>으로 표시되는 지환족 불포화 화합물 또는 하기 <화학식 17>로 표시되는 방향족 화합물 1 몰 내지 10 몰을 포함한다. 바람직하게는, 상기 <화학식 6>으로 표시되는 사이클로알킬기가 치환된 사이클로페타디에닐 지르코늄(IV)계 화합물 : 상기 <화학식 15>로 표시되는 아민 화합물, 상기 <화학식 16>으로 표시되는 지환족 불포화 화합물 또는 상기 <화학식 17>로 표시되는 방향족 화합물의 몰수의 비율은 증착 공정의 편리성, 열 안정성, 보관 안정성 및 양 성분 사이의 화학반응 발생 방지 측면에서 1 내지 6 : 1 내지 6의 비율로 혼합될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 : 1 내지 5, 1 내지 3 : 1 내지 3으로 혼합될 수 있다.The precursor composition for forming a zirconium-containing film according to an embodiment of the present invention comprises 1 to 10 moles of a cyclopentadienyl zirconium (IV) compound substituted with a cycloalkyl group represented by the formula 6, , An alicyclic unsaturated compound represented by the following formula (16) or an aromatic compound represented by the following formula (17): Preferably, the cyclopetazienyl zirconium (IV) based compound in which the cycloalkyl group is substituted with the formula 6 is an amine compound represented by the
<화학식 15>≪
<화학식 16>≪ Formula 16 >
<화학식 17>≪ Formula 17 >
상기 <화학식 15>에서 R'1 내지 R'3은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소수 10의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기일 수 있다. 상기 <화학식 16>에서 R''1 내지 R''8은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 또는 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택될 수 있다. 상기 <화학식 17>에서 R'''1 내지 R'''6은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 또는 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택되며, m' 및 n'는 서로 독립적으로 0 내지 10의 정수에서 선택될 수 있다.In
상기 <화학식 15>로 표시되는 아민 화합물의 구체적인 예는 트리에틸아민, 트리메틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민 등을 포함한다. 상기 <화학식 15>의 화합물은 상기 <화학식 6>의 화합물과 화학반응을 발생시키지 않고, 상기 <화학식 6>의 구조 변화가 발생하지 않는 등 보관안전성이 우수한 혼합물을 얻을 수 있으며, 상기 혼합물의 분해온도를 증가시키기 위한 측면에서 상기 <화학식 15>은 트리에닐아민인 것이 바람직하다.Specific examples of the amine compound represented by the formula (15) include triethylamine, trimethylamine, tripropylamine, tributylamine, and the like. The compound of formula (15) does not cause a chemical reaction with the compound of formula (6), and a stable mixture of the compound of formula (6) and the compound of formula From the viewpoint of increasing the temperature, the above-mentioned formula (15) is preferably trienylamine.
상기 <화학식 16>으로 표시되는 지환족 불포화 화합물의 구체적인 예는 사이클로헵타트리엔, 사이클로옥타트리엔, 사이클로노나테트라엔 및 사이클로옥타디엔 등을 포함한다. 상기 <화학식 16>의 화합물은 상기 <화학식 6>의 화합물과의 화학반응을 발생시키지 않고, 상기 <화학식 6>의 구조 변화가 발생하지 않는 등 보관안전성이 우수한 혼합물을 얻을 수 있으며, 상기 혼합물의 분해온도를 증가시키기 위한 측면에서 상기 <화학식 16>는 사이클로헵타트리엔인 것이 바람직하다.Specific examples of the alicyclic unsaturated compound represented by the formula (16) include cycloheptatriene, cyclooctatriene, cyclononetetraene, and cyclooctadiene. The compound of formula (16) does not cause a chemical reaction with the compound of formula (6), and a stable mixture of the compound of formula (6) and the compound of formula From the viewpoint of increasing the decomposition temperature, the above-mentioned formula (16) is preferably cycloheptatriene.
상기 <화학식 17>로 표시되는 방향족 화합물의 구체적인 예는 벤젠, 톨루엔, o-, m- 또는 p-자일렌 등을 포함한다. 상기 <화학식 17>의 화합물은 상기 <화학식 6>의 화합물과의 화학반응을 발생시키지 않고, 상기 <화학식 6>의 구조 변화가 발생하지 않는 등 보관안전성이 우수한 혼합물을 얻을 수 있으며, 상기 혼합물의 분해온도를 증가시키기 위한 측면에서 상기 <화학식 17>은 o-, m- 또는 p-자일렌인 것이 바람직하다. Specific examples of the aromatic compound represented by the formula (17) include benzene, toluene, o-, m-, or p-xylene. The compound of the formula (17) can be obtained without causing a chemical reaction with the compound of the formula (6), and the storage stability of the compound of the formula In order to increase the decomposition temperature, it is preferable that the formula (17) is o-, m- or p-xylene.
본 발명의 지르코늄 함유막 형성용 전구체 조성물은 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV) 1 몰 내지 5 몰 및 트리에틸아민, 사이클로헵타트리엔 또는 자일렌 1 몰 내지 5 몰의 비율로 혼합될 수 있다.The zirconium-containing film-forming precursor composition of the present invention comprises 1 to 5 mol of tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium (IV) and 1 to 5 mol of triethylamine, cycloheptatriene or xylene . ≪ / RTI >
본 발명의 지르코늄 함유막 형성용 전구체 조성물은 상기한 2종의 화합물이 일정한 몰비로 안정하게 혼합된 하나의 조성물이면서도, 도중에 각각의 전구체 화합물이 서로 반응하여 석출되지 않고, 하나의 노즐에서 분사되어 지르코늄 함유막을 형성할 수 있다.The zirconium-containing film-forming precursor composition of the present invention is a composition in which the above-mentioned two compounds are stably mixed at a constant molar ratio, but each precursor compound does not react with each other during deposition and is sprayed from one nozzle to form zirconium Containing film can be formed.
상기 <화학식 6>으로 표시되는 사이클로알킬기가 치환된 사이클로펜타디에닐 지르코늄(IV)계 화합물은 상기 <화학식 15>로 표시되는 아민 화합물, 상기 <화학식 16>으로 표시되는 지환족 불포화 화합물 또는 상기 <화학식 17>로 표시되는 방향족 화합물과 서로 반응하지 않고 액체 상태에서 서로 안정하고 균일하게 혼합된 상태로 존재하면서도 실온을 포함하는 온도에서 높은 증기압을 나타내는 휘발성 조성물을 형성할 수 있다. 이 조성물은 또한 보관 안정성 및 열 안정성이 우수하고 분해잔류물이 적다. 따라서 본 발명에 따른 지르코늄 함유막 형성용 전구체 조성물을 이용하면, 반도체 제조공정에 있어서 우수한 막 특성, 두께 균일성 및 단차피복성을 갖는 지르코늄 함유막을 용이하고 효율적으로 형성할 수 있다.The cyclopentadienyl zirconium (IV) based compound in which the cycloalkyl group is substituted with the formula 6 may be prepared by reacting an amine compound represented by the
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은 하기 <화학식 7>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following general formula (7).
<화학식 7>≪ Formula 7 >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은 하기 <화학식 8>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있으며, <화학식 8>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (8), and R in formula (8) may be any one selected from a C 1 -C 5 alkyl group have.
<화학식 8>(8)
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은 하기 <화학식 9>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (9).
<화학식 9>≪ Formula 9 >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 10>으로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 하기 <화학식 10>의 m은 상기 <화학식 1>의 m과 동일하다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following general formula (10). M in the following formula (10) is the same as m in the formula (1).
<화학식 10>≪
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 11>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 하기 <화학식 11>의 R1 내지 R6는 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 하기 <화학식 11>의 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6는 각각 서로 연결되어 이들이 결합되어 있는 질소원자와 함께 탄소수 3 내지 10의 사이클릭 아민기를 형성할 수 있으며, 바람직하게는 C3-C6의 사이클릭 아민기를 형성할 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (11). R 1 to R 6 in the following formula (11) may be the same or different from each other and may be selected from a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 13 carbon atoms , Preferably a C 1 -C 5 alkyl group. R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 in the following formula (11) are connected to each other to form a cyclic amine group having 3 to 10 carbon atoms together with the nitrogen atom to which they are bonded, Preferably a C 3 -C 6 cyclic amine group.
<화학식 11>≪ Formula 11 >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은, 하기 <화학식 12>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (12).
<화학식 12>≪ Formula 12 >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은 하기 <화학식 13>으로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있으며, 하기 <화학식 13>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (13), wherein R in the following formula (13) is any one selected from a C 1 -C 5 alkyl group .
<화학식 13>≪ Formula 13 >
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은 하기 <화학식 14>로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.The precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may include an organometallic compound represented by the following formula (14).
<화학식 14>≪ Formula 14 >
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은, <화학식 1> 내지 <화학식 14>로 표시되는 유기금속 화합물이 포함되는 전구체 조성물을 이용하여 기판상에 박막을 증착한다.A thin film deposition method according to an embodiment of the present invention includes depositing a thin film on a substrate using a precursor composition containing an organometallic compound represented by Chemical Formulas 1 to 14.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법에서, 박막을 형성하기 위한 증착 공정은 특별히 한정되지는 않는다. 화학적 증착 및 기타 물리적 기상 증착(physical vapor deposition, PVD)이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 금속유기물화학기상증착(MOCVD)와 같은 화학기상증착(CVD), 저압 CVD(LPCVD), 플라즈마강화화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 펄스 PECVD, 원자층증착(ALD), 플라즈마강화 원자층증착(PE-ALD) 및 이들의 조합 등이 사용될 수 있다. In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, the deposition process for forming the thin film is not particularly limited. Chemical vapor deposition and other physical vapor deposition (PVD) may be used and preferably include chemical vapor deposition (CVD) such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), low pressure CVD (LPCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), pulsed PECVD, atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition (PE-ALD), and combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 의한 성막용 전구체 조성물은 열적 안정성이 우수하기 때문에, 저온은 물론 금속유기물화학기상증착(MOCVD)와 같은 고온의 증착 공정에서도 양호한 품질의 박막을 형성할 수 있다. 또한, 원자층증착(ALD) 공정에서 자체-제한적 반응(self-limiting reaction)에 따라 균일하게 단일 원자층을 성장시킬 수 있다. 더불어 본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물은 약 500 ℃ 이상의 고온에서도 잔여물이 거의 존재하지 않으므로, 박막 증착 과정에서 증발기의 온도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.Since the precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention is excellent in thermal stability, a thin film of good quality can be formed in a high temperature deposition process such as metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) as well as low temperature. It is also possible to uniformly grow a single atomic layer according to a self-limiting reaction in an atomic layer deposition (ALD) process. In addition, since the precursor composition for forming a film according to an embodiment of the present invention has almost no residue even at a high temperature of about 500 ° C or more, the temperature of the evaporator can be increased during the thin film deposition process.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은, 본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물을 기판에 증착하는 증착온도의 온도범위가 50 ~ 700 ℃일 수 있다. 증착온도의 온도범위는 바람직하게는 50 ~ 500 ℃일 수 있다. 또한, 증착 반응이 수행되는 공정 챔버의 내부 압력은 0.2 ~ 10 torr로 유지될 수 있다.In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, the temperature range of the deposition temperature for depositing the precursor composition for forming a substrate according to an embodiment of the present invention may be 50 to 700 ° C. The temperature range of the deposition temperature may preferably be 50 to 500 占 폚. In addition, the internal pressure of the process chamber in which the deposition reaction is performed can be maintained at 0.2 to 10 torr.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법에서, 증착온도를 달성하기 위해 열에너지를 이용하는 열 증착(thermal deposition) 방법, 플라즈마강화화학기상증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)과 같이 공정 챔버에서 채택되는 플라즈마를 이용하는 방법 또는 기판상으로 적절한 전기적 바이어스(bias)를 인가하는 방법이 이용될 수 있다. 플라즈마를 이용하는 방법에서는 직접 또는 원격 플라즈마 공급원이 이용될 수 있다.In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, a thermal deposition method using thermal energy or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) Or a method of applying an appropriate electrical bias on a substrate may be used. In the method using plasma, a direct or remote plasma source may be used.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법에서, 공정상 필요한 경우에는, 증착 전에 성막용 전구체 조성물을 기판상으로 이송시키는 단계가 선행될 수 있다. 성막용 전구체 조성물을 기판상으로 이송시키는 방법으로는 버블링 방식, 기체상(vapor phase) 엠에프씨(MFC, Mass Flow controller), 직접 기체 주입 방식(DGI, Direct Gas Injection), 직접 액체 주입 방식(DLI, Direct Liquid Injection) 또는 성막용 전구체 조성물을 적절한 유기용매에 녹여 이송하는 유기용액 공급 방식 중에서 1종 이상이 선택될 수 있다.In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, if necessary for the process, a step of transferring the precursor composition for film formation onto a substrate before deposition may be preceded. As a method of transferring the precursor composition for film formation onto a substrate, a bubbling method, a vapor phase MFC (mass flow controller), a direct gas injection method (DGI), a direct liquid injection method DLI, Direct Liquid Injection) or an organic solution supplying method in which the precursor composition for film formation is dissolved in an appropriate organic solvent and transferred.
성막용 전구체 조성물이 적절한 운반가스와 함께 기판 상부로 이동될 수 있으며, 운반가스로는 본 발명의 일 실시예에 따른 성막용 전구체 조성물과 반응하지 않는 가스를 사용할 수 있다. 운반가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 수소(H2) 및 이들의 조합으로 구성되는 기체를 포함할 수 있다.The precursor composition for film formation may be transferred to an upper portion of the substrate together with a suitable carrier gas and a gas which does not react with the precursor composition for film formation according to an embodiment of the present invention may be used as the carrier gas. The carrier gas may comprise a gas comprised of argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), hydrogen (H 2 ), and combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은, 본 발명의 성막용 전구체 조성물을 소스 물질로 사용하여 티타늄 박막과 같은 순수한 금속 박막은 물론, 티타늄 산화막 및 티타늄 질화막 등의 박막을 형성할 수 있다. 티타늄 산화막은 예시적으로 TiOx의 화학 구조를 가질 수 있으며, 티타늄 질화막은 예시적으로 TiNx의 화학 구조를 가질 수 있다.In the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, a pure metal thin film such as a titanium thin film, as well as a thin film of a titanium oxide film and a titanium nitride film can be formed by using the precursor composition for film formation of the present invention as a source material. The titanium oxide layer may have a chemical structure of TiOx as an example, and the titanium nitride film may have a chemical structure of TiNx as an example.
티타늄 산화막을 형성하고자 하는 경우, 티타늄 소스 물질로서 본 발명의 성막용 전구체 화합물 외에, 별도의 산소 공급 소스로서 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3) 및 과산화수소(H2O)를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 반응가스가 사용될 수 있다. (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and hydrogen peroxide (H 2 O) as a separate oxygen supply source in addition to the precursor compound for film formation of the present invention as a titanium source material, O) may be used as the reaction gas.
티타늄 질화막을 형성하고자 하는 경우, 티타늄 소스 물질로서 본 발명의 성막용 전구체 화합물 외에, 별도의 질소 공급 소스로서 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4) 및 질소(N2)를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 반응가스가 사용될 수 있다. (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and nitrogen (N 2 ) as a separate nitrogen supply source in addition to the precursor compound for film formation of the present invention as a titanium source material in the case of forming a titanium nitride film May be used.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은, 본 발명의 성막용 전구체 조성물을 소스 물질로 사용하여 지르코늄 박막과 같은 순수한 금속 박막은 물론, 지르코늄 산화막 및 지르코늄 질화막 등의 박막을 형성할 수 있다. 지르코늄 산화막은 예시적으로 ZrOx의 화학 구조를 가질 수 있으며, 지르코늄 질화막은 예시적으로 ZrNx의 화학 구조를 가질 수 있다.The thin film deposition method according to an embodiment of the present invention can form a thin metal film such as a zirconium oxide film and a zirconium nitride film as well as a pure metal thin film such as a zirconium thin film by using the precursor composition for film formation of the present invention as a source material. The zirconium oxide film may have a chemical structure of ZrOx, for example, and the zirconium nitride film may have a chemical structure of ZrNx, for example.
지르코늄 산화막을 형성하고자 하는 경우, 지르코늄 소스 물질로서 본 발명의 성막용 전구체 조성물 외에, 별도의 산소 공급 소스로서 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3) 및 과산화수소(H2O)를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 반응가스가 사용될 수 있다. (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and hydrogen peroxide (H 2 O) as a separate oxygen supply source in addition to the precursor composition for film formation of the present invention as a zirconium oxide material, O) may be used as the reaction gas.
지르코늄 질화막을 형성하고자 하는 경우, 지르코늄 소스 물질로서 본 발명의 성막용 전구체 조성물 외에, 별도의 질소 공급 소스로서 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4) 및 질소(N2)를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 반응가스가 사용될 수 있다. (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and nitrogen (N 2 ) as a separate nitrogen supply source in addition to the precursor composition for film formation of the present invention as a zirconium source material in order to form a zirconium nitride film May be used.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 증착 방법은, 본 발명의 성막용 전구체 조성물을 소스 물질로 사용하여 하프늄 박막과 같은 순수한 금속 박막은 물론, 하프늄늄 산화막 및 하프늄 질화막 등의 박막을 형성할 수 있다. 하프늄 산화막은 예시적으로 HfOx의 화학 구조를 가질 수 있으며, 하프늄 질화막은 예시적으로 HfNx의 화학 구조를 가질 수 있다.The thin film deposition method according to an embodiment of the present invention can form a thin film of a hafnium oxide film and a hafnium nitride film as well as a pure metal thin film such as a hafnium thin film by using the precursor composition for film formation of the present invention as a source material . The hafnium oxide film may illustratively have the chemical structure of HfOx, and the hafnium nitride film may illustratively have the chemical structure of HfNx.
하프늄 산화막을 형성하고자 하는 경우, 하프늄 소스 물질로서 본 발명의 성막용 전구체 조성물 외에, 별도의 산소 공급 소스로서 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3) 및 과산화수소(H2O)를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 반응가스가 사용될 수 있다. (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ) and hydrogen peroxide (H 2 O) as a separate oxygen supply source in addition to the precursor composition for film formation of the present invention as a hafnium source material, O) may be used as the reaction gas.
하프늄 질화막을 형성하고자 하는 경우, 하프늄 소스 물질로서 본 발명의 일 실시예 따른 성막용 전구체 조성물 외에, 별도의 질소 공급 소스로서 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4) 및 질소(N2)를 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 반응가스가 사용될 수 있다. (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and nitrogen (N 2 ) as a separate source of nitrogen supply, in addition to the precursor composition for film formation according to one embodiment of the present invention as a hafnium source material, May be used as the reaction gas.
산화막(티타늄 산화막, 지르코늄 산화막, 하프늄 산화막) 또는 질화막(티타늄 질화막, 지르코늄 질화막, 하프늄 질화막)을 형성하기 위하여 금속 소스로 사용되는 본 발명의 성막용 전구체 조성물과 반응 가스는 동시에 주입될 수도 있고(MOCVD와 같은 CVD 공정), 또는 순차적으로 주입될 수도 있다(ALD 공정). 산화막 및 질화막을 ALD 공정을 통해서 증착하는 경우, 소스 물질인 본 발명의 성막용 전구체 조성물과 전술한 반응 가스가 교대로 기판에 전달될 수 있다.The precursor composition for film formation of the present invention used as a metal source to form an oxide film (titanium oxide film, zirconium oxide film, hafnium oxide film) or nitride film (titanium nitride film, zirconium nitride film or hafnium nitride film) , Or sequentially (ALD process). When the oxide film and the nitride film are deposited through the ALD process, the precursor composition for film formation of the present invention, which is a source material, and the above-mentioned reaction gas can be alternately transferred to the substrate.
산소 소스 또는 질소 소스로 제공되는 반응 가스는 플라즈마 처리하여 라디컬 형태로 분해될 수 있다. 반응가스의 플라즈마 처리를 위하여 50 ~ 500 W 범위의 전력으로 플라즈마를 생성할 수 있다.The reaction gas, which is provided as an oxygen source or a nitrogen source, can be decomposed into a radical form by plasma treatment. Plasma can be generated at a power in the range of 50 to 500 W for the plasma treatment of the reaction gas.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법, 특히 본 발명의 성막용 전구체 조성물을 이용하여 ALD 증착을 하는 구체적인 방법은 다음과 같다. ⅰ) 성막용 전구체 조성물을 챔버로 이송하는 단계, ⅱ) 이송된 성막용 전구체 조성물을 기판상에 흡착시켜 기판상에 전구체 층을 형성하는 단계, ⅲ) 챔버 내로 제1 퍼지가스를 주입하여 과량의 전구체를 제거하는 단계, ⅳ) 챔버 내로 반응가스를 주입하여 산화막 또는 질화막을 형성하는 단계, 및 ⅴ) 챔버 내로 제2 퍼지가스를 주입하여 과량의 반응가스 및 부산물을 제거하는 단계를 하나의 사이클로 하며, 10 ~ 1000 회, 바람직하게는 100 ~ 600 회 사이클을 반복할 수 있다. 제1 퍼지가스 및 제2 퍼지가스로는 아르곤 등의 불활성 가스가 사용될 수 있다. A specific method for performing ALD deposition using the thin film deposition method according to an embodiment of the present invention, particularly the precursor composition for film formation of the present invention, is as follows. I) transferring the precursor composition for film formation to a chamber, ii) adsorbing the transferred precursor composition for film formation onto a substrate to form a precursor layer on the substrate, iii) injecting a first purge gas into the chamber, Removing the precursor, iv) injecting a reactive gas into the chamber to form an oxide film or nitride film, and v) injecting a second purge gas into the chamber to remove excess reactive gas and byproducts in one cycle , 10 to 1000 times, preferably 100 to 600 times can be repeated. As the first purge gas and the second purge gas, an inert gas such as argon may be used.
이하의 실시예는 본 발명의 성막용 전구체 조성물을 보다 명확히 설명하기 위해 기재한 것이며, 본 발명의 범위는 이하의 실시예에 국한되어 해석될 것은 아니다.The following examples are provided to more clearly illustrate the precursor composition for film formation of the present invention, and the scope of the present invention is not construed as being limited to the following examples.
실험의 전제조건Experimental conditions
본 발명에서 유기금속 화합물을 합성하기 위한 기술은 표준 진공 라인 슈렌크 방법(Standard vacuum line Schlenk technique)을 사용하였으며, 모든 재료에 대한 합성은 질소 기체 분위기 하에서 실행하였다. 실험에 사용된 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene, DCPD), NaH, ZrCl4, 디메틸아민(dimethylamine, DMA), 트리에틸아민(triethylamine, TEA), 사이클로헵타트리엔(cycloheptatriene), 클로로트리이소프로폭시티타늄(chlorotriisopropoxytitanium, ClTi(O-Ipr)3), n-BuLi, 브로모사이클로펜탄(bromocycloprntane, BCP), 헥산(hexane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofurane, THF) 및 p-자일렌은 Aldrich사에서 제조한 것이다. 모든 용매는 사용하기 전에 CaH2로 하루 동안 교반시켜 잔류 수분을 완전히 제거한 후 분별 정제하여 사용하였다. 또한 NaH는 헥산으로 세정한 후 감압여과하여 NaOH에 존재하는 오일(oil)을 완전히 제거하고 클로브 박스(glove box)에 보관하였다. 물질의 소분은 글로브 박스에서 진행하였다.In the present invention, a standard vacuum line Schlenk technique was used as a technique for synthesizing an organometallic compound, and synthesis for all materials was performed in a nitrogen gas atmosphere. In the experiments, the dicyclopentadiene (DCPD), NaH, ZrCl 4 , dimethylamine (DMA), triethylamine (TEA), cycloheptatriene, chlorotriisopropoxy titanium (chlorotriisopropoxytitanium, ClTi (O-Ipr) 3 ), n-BuLi, bromocycloprntane (BCP), hexane, tetrahydrofurane (THF) and p- will be. All the solvents were stirred with CaH 2 for one day before use to completely remove the residual water, followed by fractional purification. NaH was washed with hexane and then filtered under reduced pressure to completely remove the oil present in NaOH and stored in a glove box. Substance fraction of material proceeded in glove box.
화합물의 구조 분석은 JEOL JNM-ECS 400 MHz NMR spectrometer(1H-NMR 400 Mhz)를 이용하였다. NMR 용매 Benzene-d 6 는 하루 동안 CaH2로 교반시켜 잔류 수분을 완전하게 제거한 후 사용하였다. 화합물의 순도는 Agilent 7890A를 이용하여 분석하였으며, 시료주입량은 0.6 ㎕이다. 화합물의 열 안정성 및 분해 온도는 TA-Q 600 제품을 이용하여 분석하였으며, 시료량은 10 mg을 사용하였다.The structure of the compound was analyzed by JEOL JNM-
실시예 1: 사이클로펜타디엔(cyclopentadiene, CExample 1: Synthesis of cyclopentadiene, C 55 HH 66 , Cp)의 합성, Cp)
하기 <반응식 1>와 같이 500 ml의 가지달린 둥근 플라스크에 디사이클로펜타디엔(DCPD) 6.3 g(0.048 mol)을 첨가한 후, 160 ℃로 승온하고, 단순증류하여 무색의 사이클로펜타디엔(cyclopentadiene, C5H6, Cp) 6 g(수율: 95 %)를 얻었다.6.3 g (0.048 mol) of dicyclopentadiene (DCPD) was added to a 500 ml round-bottomed round flask as shown in the following Reaction Scheme 1, the temperature was raised to 160 ° C and the mixture was subjected to simple distillation to obtain a colorless cyclopentadiene C 5 H 6 , Cp) (yield: 95%).
1H-NMR(C6D6): δ 2.7, 6.3, 6.5 [(C5 H 6 ), m, 6H] 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 2.7, 6.3, 6.5 [(C 5 H 6), m, 6H]
<반응식 1><Reaction Scheme 1>
실시예 2: 사이클로펜틸사이클로펜타디엔(cyclopentylcyclopentadiene, ((CExample 2: Synthesis of cyclopentylcyclopentadiene, ((C 55 HH 55 )C) C 55 HH 99 ,CpCp)의 합성, CpCp)
하기 <반응식 2>와 같이, 상기 실시예 1에 의해 얻은 Cp를 이용하여 사이클로펜틸사이클로펜타디엔(cyclopentylcyclopentadiene, (C5H5)C5H9, CpCp)을 합성하였다. 500 ml의 가지달린 둥근 플라스크에 NaOH 2 g(0.081 mol)을 첨가하고, 테트라하이드로퓨란(THF) 100 ml을 첨가하였다. 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각시킨 후 적하깔때기(dropping funnel)를 이용하여 Cp 6 g(0.09 mol)을 매우 천천히 첨가하였다. Cp가 완전히 첨가되면 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 4 시간 동안 교반하였다. 4 시간의 교반 후 보라색 용액이 만들어지면, 다시 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각시키고 브로모사이클로펜탄(BCP) 12.1 g(0.09 mol)을 매우 천천히 첨가하였다. BCP가 완전히 첨가되면 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 4 시간 동안 교반하였다. 4 시간의 교반 후 감압여과하여 염(salt)을 완전히 제거하고, 감압정제를 통하여 노란색의 CpCp 5.47 g(수율: 60 %, 순도: 99 % 이상)을 얻었다. Cyclopentylcyclopentadiene (C 5 H 5 ) C 5 H 9 , CpCp) was synthesized using the Cp obtained in Example 1, as shown in Reaction Scheme 2 below. To a 500 ml round trip flask were added 2 g (0.081 mol) of NaOH and 100 ml of tetrahydrofuran (THF). After cooling the reactor temperature to -10 ° C, 6 g (0.09 mol) of Cp was added very slowly using a dropping funnel. When Cp was completely added, the reactor temperature was raised to 20 < 0 > C and stirred for 4 hours. When the violet solution was made after stirring for 4 hours, the reactor temperature was again cooled to -10 DEG C and 12.1 g (0.09 mol) of bromocyclopentane (BCP) was added very slowly. When the BCP was completely added, the reactor temperature was raised to 20 < 0 > C and stirred for 4 hours. After stirring for 4 hours, the salt was completely removed by filtration under reduced pressure to obtain 5.47 g of yellow CpCp (yield: 60%, purity: 99% or more) through reduced pressure purification.
끓는점 (b.p) : 30 ℃ at 0.8 torrBoiling point (b.p): 30 ° C at 0.8 torr
<반응식 2><Reaction Scheme 2>
도 1은 상기 CpCp를 불꽃이온화검출기(FID, flame ionization detector)로 분석한 결과를 도시한다. 도 1에서 도시한 바와 같이 CpCp에 대한 FID 분석 결과 단일 피크가 형성되는바, 상기 CpCp는 단일 물질로서, 높은 순도를 가짐을 알 수 있다. FIG. 1 shows the result of analyzing the CpCp with a flame ionization detector (FID). As shown in FIG. 1, as a result of FID analysis for CpCp, a single peak is formed, which indicates that CpCp has a high purity as a single substance.
실시예 3: 트리(이소프로폭시)(사이크로펜틸사이클로펜타디에닐)티타늄 (tri(isopropoxy)(cyclopentylcyclopentadienyl)titanium,((η-CExample 3: Synthesis of tri (isopropoxy) (cyclopentylcyclopentadienyl) titanium, ((η-C (cyclopentylcyclopentadienyl) 55 HH 55 )C) C 55 HH 99 )Ti(OCH(CH) Ti (OCH (CH 33 )) 22 )) 33 , CpCpTi(O-Ipr), CpCpTi (O-Ipr) 33 ) 의 합성) Synthesis of
하기 <반응식 3>와 같이, 상기 실시예 2에 의해 얻은 CpCp를 이용하여 트리(이소프로폭시)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)티타늄 (tri(isopropoxy) (cyclopentylcyclopentadienyl)titanium, ((η-C5H5)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, CpCpTi(O-Ipr)3)을 합성하였다. 500 ml의 가지달린 플라스크에 THF 250 ml를 첨가하고 2.5 M-BuLi 16.11 ml(0.04 mol)를 첨가하였다. 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각시키고 클로로트리이소프로폭시티타늄(chlorotriisopropoxytitanium, ClTi(O-Ipr)3 10.62 g(0.04 mol)를 첨가하였다. ClTi(O-Ipr)3을 완전히 첨가하면 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 12 시간 동안 교반하였다. 12 시간의 교반 후 감압여과를 하여 염을 완전히 제거하고 감압정제를 통하여 노란색의 CpCpTi(O-Ipr)3 8.67 g(수율: 60 %)를 얻었다. (Isopropoxy) (cyclopentylcyclopentadienyl) titanium, ((η-C 5 (cyclopentylcyclopentadienyl)) titanium was obtained by using CpCp obtained in Example 2, H 5 ) C 5 H 9 ) Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 and CpCpTi (O-Ipr) 3 ) were synthesized. To a 500 ml eggplant flask was added 250 ml of THF and 16.11 ml (0.04 mol) of 2.5 M-BuLi was added. Cooling the reactor temperature to -10 ℃ and chlorotrifluoroethylene-isopropoxy titanium (chlorotriisopropoxytitanium, ClTi (O-Ipr ) 3 10.62 g (0.04 mol) was added. When the
끓는점(b.p): 130 ℃ at 0.5 torrBoiling point (b.p): 130 ° C at 0.5 torr
1H-NMR(C6D6): δ 1.22 (((η-C5H4)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, m, 18H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.22 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Ti (OCH (CH 3) 2) 3, m, 18H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.68 (((η-C5H4)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, br, 4H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.68 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Ti (OCH (CH 3) 2) 3, br, 4H)
1H-NMR(C6D6): δ 2.06 (((η-C5H4)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, br, 4H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 2.06 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Ti (OCH (CH 3) 2) 3, br, 4H)
1H-NMR(C6D6): δ 3.18 (((η-C5H4)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, m, 1H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 3.18 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Ti (OCH (CH 3) 2) 3, m, 1H)
1H-NMR(C6D6): δ 4.55 (((η-C5H4)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, m, 3H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 4.55 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Ti (OCH (CH 3) 2) 3, m, 3H)
1H-NMR(C6D6): δ 6.05 (((η-C5H4)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, m, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 6.05 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Ti (OCH (CH 3) 2) 3, m, 2H)
1H-NMR(C6D6): δ 6.10 (((η-C5H4)C5H9)Ti(OCH(CH3)2)3, m, 2H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 6.10 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Ti (OCH (CH 3) 2) 3, m, 2H)
<반응식 3><Reaction Scheme 3>
실시예 4: CpCpTi(O-Ipr)Example 4: CpCpTi (O-Ipr) 33 의 열 안정성 실험Thermal Stability Experiment
도 2는 상기 실시예 3에서 합성한 CpCpTi(O-Ipr)3의 NMR 분석 결과이다. 도 3은 실시예 3에서 합성한 CpCpTi(O-Ipr)3를 200 ℃에서 16 시간 동안 열 안정성 실험을 진행한 후 NMR 분석한 결과이다. 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 동일한 피크가 형성되는 것을 관찰할 수 있는바, 200 ℃에서 16 시간 열 안정성 실험을 진행하였음에도 CpCpTi(O-Ipr)3의 분해가 발생하지 않았다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 CpCpTi(O-Ipr)3는 열 안정성이 우수함을 알 수 있다.2 shows NMR analysis results of CpCpTi (O-Ipr) 3 synthesized in Example 3 above. Fig. 3 shows the results of NMR analysis after CpCpTi (O-Ipr) 3 synthesized in Example 3 was subjected to a thermal stability test at 200 ° C for 16 hours. As shown in FIGS. 2 and 3, it was observed that the same peak was formed. As a result, the decomposition of CpCpTi (O-Ipr) 3 did not occur even though the thermal stability test was conducted at 200 ° C. for 16 hours. Therefore, it can be seen that CpCpTi (O-Ipr) 3 according to one embodiment of the present invention has excellent thermal stability.
실시예 5: CpCpTi(O-Ipr)Example 5: CpCpTi (O-Ipr) 33 의 열 분석 Thermal analysis of
상기 실시예 3에서 합성한 CpCpTi(O-Ipr)3의 열 특성을 알아보기 위하여 열중량분석(TGA, thermogravimetic analysis) / 시차주사열량측정(DSC, differential scanning calorimetry) 분석을 수행하였다. 본 실시예에 따른 TGA/DSC 분석 결과는 도 4에 도시하였다. 도 4에서 초록색 곡선은 CpCpTi(O-Ipr)3에 대한 TGA 분석 결과를 나타내며, 파란색 곡선은 CpCpTi(O-Ipr)3에 대한 DSC 분석 결과를 나타낸다. 도 4에 도시한 것과 같이 CpCpTi(O-Ipr)3의 분해 온도는 238.87 ℃, T(1/2)는 218.99 ℃로 확인이 되었다. 또한 500 ℃까지 승온하고 남은 잔여물을 확인한 결과는 4.86 %로 확인되었다. 따라서, 본 발명의 CpCpTi(O-Ipr)3의 열 안정성이 우수하며, 잔여물이 작음을 알 수 있다.Thermogravimetric analysis (TGA) / differential scanning calorimetry (DSC) analysis was performed to investigate the thermal properties of CpCpTi (O-Ipr) 3 synthesized in Example 3 above. The results of TGA / DSC analysis according to this embodiment are shown in FIG. In Figure 4, the green curve shows the TGA analysis of the CpCpTi (O-Ipr) 3, the blue curve represents the DSC analysis of the CpCpTi (O-Ipr) 3. As shown in FIG. 4, the decomposition temperature of CpCpTi (O-Ipr) 3 was 238.87 ° C, and T (1/2) was 218.99 ° C. In addition, the temperature was raised to 500 ° C and the residue was confirmed to be 4.86%. Therefore, it can be seen that the thermal stability of CpCpTi (O-Ipr) 3 of the present invention is excellent and the residue is small.
실시예 6: 테트라키스(디메틸아미노)지르코늄(tetrakis(dimethylamino) zirconium, Zr(N(CH3)2)4, TDMAZ)의 합성Example 6: Synthesis of tetrakis (dimethylamino) zirconium, Zr (N (CH 3 ) 2 ) 4 , TDMAZ)
하기 <반응식 4>와 같이, 500 ml의 가지달린 플라스크에 헥산 250 ml를 첨가한 후, 2.5 M n-BuLi 64.42 ml (0.16 mol)을 첨가하였다. 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각하고, 디메틸아민(DMA) 가스 7.35 g (0.16 mol)을 천천히 첨가하였다. DMA 가스 투입이 완료되면, 반응기 온도를 20 ℃로 승온하여 4 시간 교반하였다. 4 시간 경과 후, 반응기 온도를 0 ℃로 냉각하고 ZrCl4 9.5 g (0.04 mol)을 첨가하였다. ZrCl4의 첨가가 완료되면, 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 4 시간 동안 더 교반하였다. 4 시간 경과 후 감압여과를 하여 염을 완전히 제거하고 감압 정체를 통하여 무색의 테트라키스(디메틸아미노)지르코늄(tetrakis(dimethylamino)zirconium, Zr(N(CH3)2)4, TDMAZ) 10.9 g (수율 95 %)를 얻었다.250 ml of hexane was added to a 500 ml eggplant-shaped flask, and then 64.42 ml (0.16 mol) of 2.5 M n-BuLi was added as shown in Reaction Scheme 4 below. The reactor temperature was cooled to -10 DEG C and 7.35 g (0.16 mol) of dimethylamine (DMA) gas was slowly added. When the DMA gas introduction was completed, the temperature of the reactor was raised to 20 占 폚 and stirred for 4 hours. After 4 hours, the reactor temperature was cooled to 0 ° C and 9.5 g (0.04 mol) of ZrCl 4 was added. When the addition of ZrCl 4 was complete, the reactor temperature was raised to 20 ° C and further stirred for 4 hours. After 4 hours, the salt was completely removed by filtration under reduced pressure, and 10.9 g of colorless tetrakis (dimethylamino) zirconium, Zr (N (CH 3 ) 2 ) 4 , TDMAZ 95%).
끓는점 (b.p): 65 ℃ at 0.8 torrBoiling point (b.p): 65 ° C at 0.8 torr
1H-NMR(C6D6): δ 2.97 ((N(CH 3)2)4Zr, s, 24H) 1 H-NMR (C 6 D 6 ):? 2.97 ((N (C H 3 ) 2 ) 4 Zr, s, 24H)
<반응식 4><Reaction Scheme 4>
실시예 7: 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)지르코늄 (Tris(dimethylamino)(cyclopentylcyclopentadienyl)zirconium, ((η-C5H5)C5H9)Zr(N(CH3)2)3, CpCpTDMAZ)Example 7 Tris (dimethylamino) (cyclopentyl-cyclopentadienyl) zirconium (Tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium, ((η-C 5 H 5) C 5 H 9) Zr (N (CH 3) 2 ) 3 , CpCpTDMAZ)
(1) 반응 1(1) Reaction 1
<반응식 5>와 같이 500 ml 가지달린 플라스크에 헥산 250 ml를 첨가하고, TDMAZ 10.9 g (0.04 mol)을 넣고, 반응기 온도를 20 ℃로 유지하였다. 이후, CpCp 5.48 g (0.04 mol)을 천천히 첨가하고 4 시간 동안 교반하였다. 4 시간 후, 감압정제를 통하여 노란색의 CpCpTDMAZ 10 g (수율: 75 %)을 얻었다.As shown in Reaction Scheme 5, 250 ml of hexane was added to a 500 ml branched flask, 10.9 g (0.04 mol) of TDMAZ was added, and the reactor temperature was maintained at 20 占 폚. Then, 5.48 g (0.04 mol) of CpCp was added slowly and stirred for 4 hours. After 4 hours, 10 g of yellow CpCpTDMAZ (yield: 75%) was obtained through reduced pressure purification.
끓는점 (b.p): 130 ℃ at 0.5 torrBoiling point (b.p): 130 ° C at 0.5 torr
1H-NMR(C6D6): δ 6.5, 6.2 (((η-C5 H 5)C5H9)Zr(N(CH3)2)3, m, 5H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 6.5, 6.2 (((η-C 5 H 5) C 5 H 9) Zr (N (CH 3) 2) 3, m, 5H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.5, 1.6, 1.9 (((η-C5H5)C5 H 9)Zr(N(CH3)2)3, m, 9H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.5, 1.6, 1.9 (((η-C 5 H 5) C 5 H 9) Zr (N (CH 3) 2) 3, m, 9H)
1H-NMR(C6D6): δ 2.9 (((η-C5H5)C5H9)Zr(N(CH 3)2)3, s, 18H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 2.9 (((η-C 5 H 5) C 5 H 9) Zr (N (C H 3) 2) 3, s, 18H)
<반응식 5><Reaction Scheme 5>
(2) 반응 2(2) Reaction 2
500 ml 가지달린 플라스크에 헥산 250 ml를 첨가하고, 2.5 M n-BuLi 64.42 ml (0.16 mol)를 첨가하였다. 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각한 후, DMA 가스 7.35 g (0.16 mol)을 천천히 첨가하였다. DMA 가스가 완전히 투입되면, 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 4 시간 동안 더 교반하였다. 4 시간 후 반응기 온도를 0 ℃로 냉각시키고 ZrCl4 9.5 g (0.04 mol)을 첨가하였다. ZrCl4가 완전히 첨가되면 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 8 시간 동안 더 교반하였다. 8 시간 경화 후 CpCp 5.48 g (0.04 mol)을 추가로 첨가하고 4 시간 동안 더 교반하였다. 4 시간 교반 후 감압여과하여 염을 제거하고, 감압정제를 통하여 노란색의 CpCpTDMAZ 10 g (수율: 75 %)을 얻었다.To a 500 ml eggplant flask was added 250 ml of hexane and 64.42 ml (0.16 mol) of 2.5 M n-BuLi was added. After the reactor temperature was cooled to -10 ° C, 7.35 g (0.16 mol) of DMA gas was slowly added. When the DMA gas was fully charged, the reactor temperature was raised to 20 < 0 > C and further stirred for 4 hours. After 4 hours, the reactor temperature was cooled to 0 ° C and 9.5 g (0.04 mol) of ZrCl 4 was added. When ZrCl 4 is completely added, the reactor temperature raised to 20 ℃ and was stirred for 8 hours. After an 8 hour cure, 5.48 g (0.04 mol) of CpCp was further added and stirred for a further 4 hours. After stirring for 4 hours, the salt was removed by filtration under reduced pressure, and 10 g of yellow CpCpTDMAZ (yield: 75%) was obtained through purification under reduced pressure.
끓는점 (b.p): 130 ℃ at 0.5 torrBoiling point (b.p): 130 ° C at 0.5 torr
1H-NMR(C6D6): δ 6.5, 6.2 (((η-C5 H 5)C5H9)Zr(N(CH3)2)3, m, 5H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 6.5, 6.2 (((η-C 5 H 5) C 5 H 9) Zr (N (CH 3) 2) 3, m, 5H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.5, 1.6, 1.9 (((η-C5H5)C5 H 9)Zr(N(CH3)2)3, m, 9H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.5, 1.6, 1.9 (((η-C 5 H 5) C 5 H 9) Zr (N (CH 3) 2) 3, m, 9H)
1H-NMR(C6D6): δ 2.9 (((η-C5H5)C5H9)Zr(N(CH 3)2)3, s, 18H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 2.9 (((η-C 5 H 5) C 5 H 9) Zr (N (C H 3) 2) 3, s, 18H)
실시예 8: 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)지르코늄-트리에틸아민(CpCpTDMAZ-TEA, C-T) 조성물의 조제Example 8: Preparation of tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium-triethylamine (CpCpTDMAZ-TEA, C-T) composition
실온의 글러브 박스 내에서 500 ml 가지달린 둥근 플라스크에 CpCpTDMAZ 50 g (0.140 ml)을 첨가하고, 온도를 0 ℃로 낮춘 후 트리에틸아민(TEA) 2.83 g (0.028 mol)을 천천히 투입하였다. 이 후, 혼합물의 온도를 서서히 실온으로 올려 CpCpTDMAZ-TEA(C-T) 조성물을 얻었다.50 g (0.140 ml) of CpCpTDMAZ was added to a 500 ml round bottomed flask in a room temperature glove box and 2.83 g (0.028 mol) of triethylamine (TEA) was slowly added thereto after the temperature was lowered to 0 ° C. Thereafter, the temperature of the mixture was gradually raised to room temperature to obtain a CpCpTDMAZ-TEA (C-T) composition.
실시예 9: 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)지르코늄-자일렌(CpCpTDMAZ-xylene, C-X) 조성물의 조제Example 9: Preparation of tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium-xylene (CpCpTDMAZ-xylene, C-X) composition
실온의 글로브 박스 내에서 500 ml 가지달린 둥근 플라스크에 CpCpTDMAZ 45 g (0.126 mol)을 첨가하고, 온도를 0 ℃로 낮춘 후 자일렌 6.69 g (0.063 mol)을 천천히 투입하였다. 이 후, 혼합물의 온도를 서서히 실온으로 올려 CpCpTDMAZ-xylene(C-X) 조성물을 얻었다.In a room temperature glovebox, 45 g (0.126 mol) of CpCpTDMAZ was added to a 500 ml round-bottomed flask, the temperature was lowered to 0 ° C, and 6.69 g (0.063 mol) of xylene was slowly added. Thereafter, the temperature of the mixture was gradually raised to room temperature to obtain a CpCpTDMAZ-xylene (C-X) composition.
실시예 10: 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)지르코늄-사이클로헵타트리엔(CpCpTDMAZ-cycloheptatriene, C-H) 조성물의 조제Example 10: Preparation of tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium-cycloheptatriene (C-H) composition
실온의 글로브 박스 내에서 500 ml 가지달린 둥근 플라스크에 CpCpTDMAZ 48 g (0.13 mol)을 첨가하고, 온도를 0 ℃로 낮춘 후 사이클로헵타트리엔 6.20 g (0.067 mol)을 천천히 투입하였다. 이 후, 혼합물의 온도를 서서히 실온으로 올려 CpCpTDMAZ-cycloheptatriene(C-H) 조성물을 얻었다.48 g (0.13 mol) of CpCpTDMAZ was added to a 500 ml round bottom flask in a room temperature glove box, the temperature was lowered to 0 ° C, and then 6.20 g (0.067 mol) of cycloheptatriene was added slowly. Thereafter, the temperature of the mixture was gradually raised to room temperature to obtain a CpCpTDMAZ-cycloheptatriene (C-H) composition.
실시예 11: CpCpTDMAZ, 조성물 (C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H)의 열 안정성 실험Example 11: Thermal stability test of CpCpTDMAZ, composition (C-T), composition (C-Z) and composition (C-H)
실시예 7에서 얻은 CpCpTDMAZ 화합물 및 실시예 8 내지 10에서 얻은 혼합 직후의 CpCpTDMAZ : TEA = 5 : 1 몰비의 조성물 (C-T), CpCpTDMAZ : p-자일렌 = 2 : 1 몰비의 조성물 (C-X) 및 CpCpTDMAZ : 사이클로헵타트리엔 = 2 : 1 몰비의 조성물 (C-H)에 대하여 NMR 분광 분석을 하였다. Composition (CX) and CpCpTDMAZ (CX) of the composition (CT), CpCpTDMAZ: p-xylene: p-xylene = 2: 1 molar ratio of CpCpTDMAZ compound obtained in Example 7 and CpCpTDMAZ: TEA = : Cycloheptatriene = 2: 1 molar ratio of the composition (CH).
도 5는 실시예 5에서 얻은 CpCpTDMAZ 화합물의 NMR 스펙트럼을 나타내며 도 6은 실시예 8 내지 10에서 얻은 혼합직후의 조성물 (C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H) 각각의 NMR 스펙트럼을 나타낸다.FIG. 5 shows the NMR spectrum of the CpCpTDMAZ compound obtained in Example 5, and FIG. 6 shows the NMR spectra of the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H) immediately after mixing as obtained in Examples 8 to 10.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 CpCpTDMAZ는 CpCp 사이클로펜타디에닐기의 양성자 피크가 6.5 및 6.2 ppm에서, 사이클로펜틸기의 양성자 피크가 1.5, 1.6 및 1.9 ppm에서 확인되었다. 또한, 디메틸아민기에서 유래하는 양성자 피크가 2.9 ppm에서 확인되었다.As shown in Fig. 5, the CpCpTDMAZ according to the present invention was confirmed at proton peaks at 6.5 and 6.2 ppm of the CpCp cyclopentadienyl group and at 1.5, 1.6 and 1.9 ppm for the cyclopentyl group. Further, a proton peak derived from a dimethylamine group was confirmed at 2.9 ppm.
도 6을 참조하면, 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H) 각각에서 CpCpTDMAZ 고유의 피크가 그대로 유지되었고, 이외에 이와 혼합된 유기 용매인 TEA, 자일렌 및 사이클로헵타트리엔의 특성을 그대로 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 이로부터 실시예 8 내지 실시예 10에서 제조된 조성물의 CpCpTDMAZ 화합물은 TEA, p-자일렌 또는 사이클로헵타트리엔과 어떠한 화학반응도 일으키지 않았고, 각각의 화합물은 그 특성을 그대로 유지하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, peaks inherent to CpCpTDMAZ were retained in each of the composition (CT), the composition (CX) and the composition (CH), and the characteristics of TEA, xylene and cycloheptatriene mixed therewith It can be confirmed that it is maintained. Thus, it was confirmed that the CpCpTDMAZ compounds of the compositions prepared in Examples 8 to 10 did not cause any chemical reaction with TEA, p-xylene or cycloheptatriene, and that the respective compounds retained their properties have.
또한, CpCpTDMAZ 화합물 및 CpCpTDMAZ : TEA = 5 : 1 몰비의 조성물(C-T), CpCpTDMAZ : p-자일렌 = 2 : 1 몰비의 조성물(C-X) 및 CpCpTDMAZ : 사이클로헵타트리엔 = 2 : 1 몰비의 조성물(C-H)을 가열하여 약 200 ℃에서 약 16 시간 동안 유지하는 열 안정성 시험을 진행한 후, 이들에 대하여 NMR 분광 분석을 하였다.The composition (CX) of the CpCpTDMAZ compound and the composition (CT) of the CpCpTDMAZ: TEA = 5: 1 molar ratio, the composition (CX) and the composition CpCpTDMAZ: cycloheptatriene in a molar ratio of CpCpTDMAZ: p- CH) were heated and held at about 200 ° C for about 16 hours, and NMR spectroscopic analysis was performed thereon.
도 7은 상기의 열 안정성 시험 후 CpCpTDMAZ 화합물 및 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)에 대하여 NMR 분광 분석 시험을 한 결과 얻어진 NMR 스펙트럼이다. 도 7을 도 5 및 도 6과 비교하면, 도 7과 도 5 및 도 6의 NMR 스펙트럼 사이에는 어떠한 차이점도 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이로부터 CpCpTDMAZ 화합물 및 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)을 약 200 ℃에서 약 16 시간 동안 가열하여도 이 화합물의 열분해가 발생하지 않았으며, 상기 조성물의 구성성분들의 열분해도 발생하지 않았다는 것을 확인할 수 있다. 이 실험을 통하여 본 발명에 따른 CpCpTDMAZ 화합물 및 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)은 열적 및 화학적으로 매우 안정한 것을 알 수 있다. 이와 같이 CpCpTDMAZ 화합물 및 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)의 열 안정성이 매우 우수하므로 이를 이용하여 지르코늄 함유막을 증착하는 경우 막 특성이 개선됨을 알 수 있다.7 is an NMR spectrum obtained by performing NMR spectroscopic analysis tests on the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H) after the above thermal stability test. Comparing FIG. 7 with FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that there is no difference between the NMR spectra of FIG. 7, FIG. 5, and FIG. Thus, it was found that heating the CpCpTDMAZ compound and the composition (CT), the composition (CX) and the composition (CH) at about 200 ° C for about 16 hours did not cause pyrolysis of the compound, It can be confirmed that no occurrence has occurred. It can be seen from these experiments that the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H) according to the present invention are thermally and chemically very stable. As described above, the thermal stability of the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-X), and the composition (C-H) is excellent. Therefore, the film characteristics are improved when the zirconium-containing film is deposited.
실시예 12: CpCpTDMA, 조성물 (C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H)의 열 분석Example 12: Thermal analysis of CpCpTDMA, composition (C-T), composition (C-Z) and composition (C-H)
도 8은 CpCpTDMAZ 화합물 및 상기 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)에 대한 실험에서 얻어진 DSC 열곡선 및 TGA 열곡선을 각각 하나의 도면에 종합한 것이다. 도 8의 상측의 (A)로 표시된 열곡선은 DSC 시험에서 얻은 결과이고, 하측의 (B)로 표시된 열곡선은 TGA 시험에서 얻은 결과이다.FIG. 8 shows the DSC heat curve and the TGA heat curve obtained in the experiment for the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H), respectively, in one drawing. The heat curve indicated by (A) on the upper side of FIG. 8 is the result obtained by the DSC test, and the heat curve indicated by (B) on the lower side is the result obtained by the TGA test.
도 8로부터 CpCpTDMAZ 화합물뿐만 아니라 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)은 모두 하나의 분해온도만을 나타낸다. 이로부터 상기 조성물들이 마치 하나의 화합물과 같이 거동하는 것을 확인할 수 있다. 도 8로부터 CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)의 열분해 온도와 잔류 성분(residue)량이 하기 표 1에 표시한 바와 같음을 확인할 수 있다.From FIG. 8, the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H) as well as the CpCpTDMAZ compound all exhibit only one decomposition temperature. From these, it can be seen that the compositions act like one compound. From FIG. 8, it can be seen that the thermal decomposition temperature and residual amount of the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H) are as shown in Table 1 below.
표 1을 참조하면, CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)의 분해온도는 각각 257.36, 251.02, 252.06 및 253.83 ℃로 확인되었다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)은 분해 온도가 높아 고온 증착이 가능한 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the decomposition temperatures of the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H) were confirmed to be 257.36, 251.02, 252.06 and 253.83 ° C, respectively. Therefore, it can be confirmed that the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-X) and the composition (C-H) according to an embodiment of the present invention have a high decomposition temperature and can be deposited at a high temperature.
500 ℃까지 승온하고 남은 잔류물(residue) 함량을 확인한 결과, CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)의 잔류물 함량은 각각 10.17 wt%, 11.27 wt%, 11.00 wt% 및 11.16 wt% 이었다. 여기서, 잔류물 함량은 가열 전의 시료의 중량을 기준으로 한 백분율이다. 이로부터 CpCpTDMAZ 화합물은 리간드가 열적으로 분해되지 않고 잘 제거되어 신속하게 지르코늄으로 분해되는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터 본 발명의 CpCpTDMAZ 화합물과 이를 포함하는 조성물(C-T), 조성물(C-X) 및 조성물(C-H)을 이용하여 지르코늄 함유막을 증착하는 경우, 반도체 기판의 오염을 최소화하면서 지르코늄 함유막을 간편하게 형성할 수 있음을 알 수 있다.The residual contents of the CpCpTDMAZ compound and the composition (CT), the composition (CX) and the composition (CH) were 10.17 wt%, 11.27 wt%, 11.00 wt%, respectively, And 11.16 wt%, respectively. Here, the residue content is a percentage based on the weight of the sample before heating. From this, it can be seen that the CpCpTDMAZ compound is decomposed rapidly into zirconium by the removal of the ligand without thermal decomposition. From these results, it can be seen that when a zirconium-containing film is deposited using the CpCpTDMAZ compound of the present invention and the composition (CT), the composition (CX) and the composition (CH) containing the same, the zirconium-containing film can be easily formed .
실시예 13: CpCpTDMAZ, 조성물(C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H)의 점도 측정Example 13: Viscosity measurement of CpCpTDMAZ, composition (C-T), composition (C-Z) and composition (C-H)
CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H) 각각에 대하여 점도를 측정하였다. 점도계(제조사: AND사, 모델명: SV-10)를 글러브 박스 내에 넣고 글러브 박스 내부 온도 약 13 ℃에서 CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H)의 시료에 대하여 점도를 각각 총 5 회 측정하였다. 그 후, CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H) 각각을 약 200 ℃에서 약 2 시간 가열하는 열 안정성 시험을 진행하고 다시 글러브 박스 내부 온도 약 13 ℃에서 이들 각각에 대하여 점도를 총 5 회 측정하였다. 이 시험 결과는 아래 표 2에 나타내었다.The viscosity was measured for each of the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-Z), and the composition (C-H). The viscosities of the CpCpTDMAZ compound, the composition (CT), the composition (CZ) and the composition (CH) were measured at a temperature of the inside of the glove box at about 13 ° C by using a viscometer (manufacturer: model: SV- Five times in total. Thereafter, a thermal stability test was conducted in which the CpCpTDMAZ compound and each of the composition (CT), the composition (CZ) and the composition (CH) were heated at about 200 ° C for about 2 hours, The viscosity was measured five times in total. The test results are shown in Table 2 below.
표 2를 참조하면, CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H)은 가열 전후를 불문하고 점도가 낮은 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 CpCpTDMAZ 화합물과 조성물(C-T), 조성물(C-Z) 및 조성물(C-H)은 모두 분자간의 인력이 낮아 휘발성이 우수함을 알 수 있다. 따라서 이를 이용한 지르코늄 함유막의 단차 피복성이 개선됨을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-Z) and the composition (C-H) have low viscosities both before and after heating. Therefore, it can be seen that the CpCpTDMAZ compound and the composition (C-T), the composition (C-Z), and the composition (C-H) according to an embodiment of the present invention are excellent in volatility due to low attraction between molecules. Therefore, it can be seen that the step coverage of the zirconium-containing film is improved.
실시예 14: 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)하프늄 (tris(dimethylamino)cyclopentylcyclopentadienyl)hafnium, ((η-CExample 14: Synthesis of tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) hafnium (tris (dimethylamino) cyclopentylcyclopentadienyl) hafnium, ((? 55 HH 55 )C) C 55 HH 99 )Hf(NMe) Hf (NMe 22 )) 33 , CpCpTDMAHf)의 합성, CpCpTDMAHf)
<반응식 6>과 같이 500 ml 가지달린 플라스크에 헥산 250 ml를 첨가하고, 2.6M n-BuLi 64.42 ml(0.16 mol)을 첨가하였다. 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각한 후, DMA 가스 7.25 g (0.16 mol)을 천천히 첨가하였다. DMA 가스가 완전히 투입되며, 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 4 시간 동안 더 교반하였다. 4 시간 후 반응기 온도를 0 ℃로 냉각시키고 HfCl4 12.81 g (0.04 mol)을 첨가하였다. HfCl4를 완전히 첨가하면 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고, 8 시간 동안 더 교반하였다.250 ml of hexane was added to a 500 ml eggplant-like flask as shown in Reaction Scheme 6, and 64.42 ml (0.16 mol) of 2.6M n-BuLi was added. After the reactor temperature was cooled to -10 ° C, 7.25 g (0.16 mol) of DMA gas was slowly added. The DMA gas was fully charged and the reactor temperature was raised to 20 < 0 > C and stirred for an additional 4 hours. After 4 hours the reactor was cooled to 0 ℃ temperature and was added to the HfCl 4 12.81 g (0.04 mol) . When HfCl 4 was added completely, the reactor temperature was raised to 20 ° C and stirred for an additional 8 hours.
8 시간 경과 후 CpCp 5.48 g(0.04 mol)을 추가로 첨가하고 4 시간 동안 더 교반하였다. 4 시간 교반 후 감압여과하여 염을 제거하고, 감압 정제를 통해 노란색의 CpCpTDMAHf 13.2 g (수율: 75 %)을 얻었다.After a further 8 hours, 5.48 g (0.04 mol) of CpCp was further added and stirred for a further 4 hours. After stirring for 4 hours, the salt was removed by filtration under reduced pressure, and 13.2 g (yield: 75%) of CpCpTDMAHf as yellow was obtained through vacuum purification.
끓는점 (b.p): 130 ℃ at 0.5 torrBoiling point (b.p): 130 ° C at 0.5 torr
1H-NMR(C6D6): δ 6.0, 5.95 (((η-C5 H4 )C5H9)Hf(N(CH3)2)3, m, 4H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 6.0, 5.95 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Hf (N (CH 3) 2) 3, m, 4H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.5, 1.6, 1.9 (((η-C5H4)C5 H 9)Hf(N(CH3)2)3, m, 9H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.5, 1.6, 1.9 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Hf (N (CH 3) 2) 3, m, 9H)
1H-NMR(C6D6): δ 3.00 (((η-C5H4)C5 H 9)Hf(N(CH 3)2)3, s, 18H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 3.00 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Hf (N (C H 3) 2) 3, s, 18H)
<반응식 6><Reaction Scheme 6>
실시예 15: 트리스(티부톡시)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐)하프늄 (tris(t-buthoxy)(cyclopentylcyclopentadienyl)hafnium, (((η-CExample 15: Synthesis of tris (tibutoxy) (cyclopentylcyclopentadienyl) hafnium (t-buthoxy) cyclopentylcyclopentadienyl hafnium, (((? 55 HH 44 )C) C 55 HH 99 )Hf(O(C(CH) Hf (O (C (CH 33 )))))) 33 , CpCpHf(O, CpCpHf (O tt -Bu)-Bu) 33 )의 합성) Synthesis of
<반응식 7>과 같이 500 ml 가지달린 플라스크에 헥산 250 ml를 첨가하고, CpCpTDMAHf 10 g(0.025 mol)을 첨가하였다. 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각한 후, t-butyl alcohol 5.02 g(0.068 mol)을 천천히 첨가하였다. 투입이 완료되면 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 4 시간 동안 더 교반하였다. 4 시간 후 감압 정제를 통해 CpCpHf(O(C(CH3)))3 8.96 g(수율 75 %)을 얻었다.250 ml of hexane was added to a 500 ml eggplant-like flask as shown in Reaction Scheme 7, and 10 g (0.025 mol) of CpCpTDMAHf was added. After the reactor temperature was cooled to -10 ° C, 5.02 g (0.068 mol) of t-butyl alcohol was slowly added. When the addition was completed, the temperature of the reactor was raised to 20 ° C and further stirred for 4 hours. After 4 hours CpCpHf (O (C (CH 3 ))) with a pressure-sensitive tablet 3 to give the 8.96 g (75% yield).
끓는점 (b.p): 110℃ at 0.5 torrBoiling point (bp): 110 ° C at 0.5 torr
1H-NMR(C6D6): δ 6.20, 6.21 (((η-C5 H 4)C5H9)Hf(O(C(CH3)))3, m, 4H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 6.20, 6.21 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Hf (O (C (CH 3))) 3, m, 4H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.70, 2.08, 3.20 (((η-C5H4)C5 H 9)Hf(O(C(CH3)))3, m, 9H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.70, 2.08, 3.20 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Hf (O (C (CH 3))) 3, m, 9H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.28 (((η-C5H4)C5H9)Hf(O(C(CH 3)))3, m, 9H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.28 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Hf (O (C (C H 3))) 3, m, 9H)
<반응식 7><Reaction Scheme 7>
실시예16: 트리스(티부톡시)(사이클로펜틸사이클로펜타이에닐)지르코늄 (tris(t-buthoxy)(cyclopentylcyclopentadienyl)zirconium, (((η-CExample 16: Synthesis of tris (tibutoxy) (cyclopentylcyclopentanyl) zirconium (tris (t-buthoxy) cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium, 55 HH 44 )C) C 55 HH 99 )Zr(O(C(CH) Zr (O (C (CH 33 )))))) 33 , CpCpZr(O, CpCpZr (O tt -Bu)-Bu) 33 )의 합성) Synthesis of
<반응식 8>과 같이 500 ml 가지달린 플라스크에 헥산 250 ml를 첨가하고, CpCpTDMAZr 10 g(0.028 mol)을 첨가하였다. 반응기 온도를 -10 ℃로 냉각한 후, t-butyl alcohol 6.25 g(0.084 mol)을 천천히 첨가하였다. 투입이 완료되면 반응기 온도를 20 ℃로 승온하고 4 시간 동안 더 교반하였다. 4 시간 후 감압 정제를 통해 CpCpZr(O(C(CH3)))3 9.34 g(수율 75 %)을 얻었다.As shown in Reaction Scheme 8, 250 ml of hexane was added to a 500-ml branched flask, and 10 g (0.028 mol) of CpCpTDMAZr was added thereto. After the reactor temperature was cooled to -10 ° C, 6.25 g (0.084 mol) of t-butyl alcohol was slowly added. When the addition was completed, the temperature of the reactor was raised to 20 ° C and further stirred for 4 hours. After 4 hours CpCpZr (O (C (CH 3 ))) with a pressure-sensitive tablet 3 to give the 9.34 g (75% yield).
끓는점 (b.p): 110℃ at 0.5 torrBoiling point (bp): 110 ° C at 0.5 torr
1H-NMR(C6D6): δ 6.23, 6.26 (((η-C5 H 4)C5H9)Zr(O(C(CH3)))3, m, 4H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 6.23, 6.26 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Zr (O (C (CH 3))) 3, m, 4H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.17, 2.1, 3.17 (((η-C5H4)C5 H 9)Zr(O(C(CH3)))3, m, 9H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.17, 2.1, 3.17 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Zr (O (C (CH 3))) 3, m, 9H)
1H-NMR(C6D6): δ 1.27 (((η-C5H4)C5H9)Hf(O(C(CH 3)))3, m, 9H) 1 H-NMR (C 6 D 6): δ 1.27 (((η-C 5 H 4) C 5 H 9) Hf (O (C (C H 3))) 3, m, 9H)
<반응식 8><Reaction Scheme 8>
이상에서 본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, Therefore, the technical idea and scope of the claims set forth below are not limited to the embodiments.
Claims (28)
<화학식 1>
상기 <화학식 1>의 M은 Ti, Zr 또는 Hf 중에서 선택된 어느 하나이며, m은 3 내지 5의 정수 중에서 선택된 어느 하나이고, L은 C1-C5의 알콕사이드기, C1-C5의 아미노기 또는 C1-C5의 다이알킬아미노기 중에서 선택된 어느 하나이다.A precursor composition for film formation comprising a compound represented by the following formula (1).
≪ Formula 1 >
M is any one selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, m is any one selected from integers from 3 to 5, L is a C 1 -C 5 alkoxide group, a C 1 -C 5 amino group Or a C 1 -C 5 dialkylamino group.
상기 <화학식 1>로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 3>으로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 3>
상기 <화학식 3>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나이다.The method according to claim 1,
The precursor composition for film formation according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is represented by the following formula (3).
(3)
Wherein any one selected from the group consisting of <Formula 3> R is an alkyl group of C 1 -C 5 a.
상기 <화학식 3>으로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 4>로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 4>
5. The method of claim 4,
The precursor composition for film formation is characterized in that the compound represented by the formula (3) is represented by the following formula (4).
≪ Formula 4 >
상기 <화학식 1>로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 6>으로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 6>
상기 <화학식 6>의 R1 내지 R6는 각각 독립적으로 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나이다.The method according to claim 1,
The precursor composition for film formation according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is represented by the following formula (6).
(6)
R 1 to R 6 in Formula 6 are each independently selected from C 1 -C 5 alkyl groups.
상기 <화학식 6>의 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6는 각각 서로 연결되어 이들이 결합되어 있는 질소원자와 함께 C3-C6의 사이클릭 아민기를 형성하는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.8. The method of claim 7,
R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 in the formula 6 are connected to each other to form a C 3 -C 6 cyclic amine group together with the nitrogen atom to which they are bonded By weight based on the total weight of the composition.
상기 성막용 전구체 조성물은,
상기 <화학식 6>으로 표시되는 화합물 1몰 내지 10몰; 및
하기 <화학식 15>로 표시되는 아민 화합물, 하기 <화학식 16>으로 표시되는 지환족 불포화 화합물 또는 하기 <화학식 17>로 표시되는 방향족 화합물 1몰 내지 10몰의 비율로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 15>
<화학식 16>
<화학식 17>
상기 <화학식 15>에서 R'1 내지 R'3은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 탄소수 10의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기이고, 상기 <화학식 16>에서 R''1 내지 R''8은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 또는 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택되고, 상기 <화학식 17>에서 R'''1 내지 R'''6은 각각 서로 같거나 다를 수 있으며, 수소 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 또는 탄소수 7 내지 13의 아랄킬기에서 선택되며, m' 및 n'는 서로 독립적으로 0 내지 10의 정수에서 선택된다. 8. The method of claim 7,
The film forming precursor composition preferably contains,
1 to 10 moles of the compound represented by the formula (6); And
Is an admixture of an amine compound represented by the following formula (15), an alicyclic unsaturated compound represented by the following formula (16), or an aromatic compound represented by the following formula (17) , A film forming precursor composition.
≪ Formula 15 >
≪ Formula 16 >
≪ Formula 17 >
In the formula 15, R ' 1 to R' 3 may be the same or different from each other and are an alkyl group having 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and R " 1 to R" 8 may be the same or different from each other and is selected from a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 13 carbon atoms, and R ' 1 to R ''' 6 may be the same or different from each other and are selected from a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 13 carbon atoms, m' and n Are independently selected from integers of from 0 to 10.
상기 <화학식 15>의 화합물은 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.10. The method of claim 9,
The precursor composition for film formation according to claim 15, wherein the compound of formula (15) is triethylamine.
상기 <화학식 16>의 화합물은 사이클로헵타트리엔인 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.10. The method of claim 9,
The precursor composition for film formation according to claim 16, wherein the compound of formula (16) is cycloheptatriene.
상기 <화학식 17>의 화합물은 자일렌인 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.10. The method of claim 9,
The precursor composition for film formation, which is characterized in that the compound of formula (17) is xylene.
상기 성막용 전구체 조성물은,
상기 <화학식 6>으로 표시되는 화합물 1 몰 내지 5 몰; 및
트리에틸아민, 사이클로헵타트리엔 또는 자일렌 1 몰 내지 5 몰의 비율로 혼합된 혼합물이며,
상기 <화학식 6>로 표시되는 화합물은 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜틸사이클로펜타디에닐) 지르코늄(IV)인 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.10. The method of claim 9,
The film forming precursor composition preferably contains,
1 to 5 moles of the compound represented by the formula (6); And
Triethylamine, cycloheptatriene or xylene at a ratio of 1 to 5 moles,
Wherein the compound represented by the formula (6) is tris (dimethylamino) (cyclopentylcyclopentadienyl) zirconium (IV).
상기 <화학식 6>으로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 7>로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 7>
8. The method of claim 7,
The precursor composition for film formation according to claim 6, wherein the compound represented by the formula (6) is represented by the following formula (7).
≪ Formula 7 >
상기 <화학식 1>로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 8>로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 8>
상기 <화학식 8>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나이다.The method according to claim 1,
The precursor composition for film formation according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is represented by the following formula (8).
(8)
R in the above formula (8) is any one selected from a C 1 -C 5 alkyl group.
상기 <화학식 8>로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 9>로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 9>
16. The method of claim 15,
The compound represented by the formula (8) is represented by the following formula (9).
≪ Formula 9 >
상기 <화학식 1>로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 11>로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 11>
상기 <화학식 11>의 R1 내지 R6는 각각 독립적으로 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나이다.The method according to claim 1,
The precursor composition for film formation according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is represented by the following formula (11).
≪ Formula 11 >
R 1 to R 6 in Formula 11 are each independently selected from C 1 -C 5 alkyl groups.
상기 <화학식 11>의 R1 및 R2, R3 및 R4, R5 및 R6는 각각 서로 연결되어 이들이 결합되어 있는 질소원자와 함께 C3-C6의 사이클릭 아민기를 형성하는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.19. The method of claim 18,
R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 in the formula (11) are connected to each other to form a C 3 -C 6 cyclic amine group together with the nitrogen atom to which they are bonded By weight based on the total weight of the composition.
상기 <화학식 11>로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 12>로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 12>
19. The method of claim 18,
Wherein the compound represented by the formula (11) is represented by the following formula (12).
≪ Formula 12 >
상기 <화학식 1>로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 13>으로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 13>
상기 <화학식 13>의 R은 C1-C5의 알킬기 중에서 선택된 어느 하나이다.The method according to claim 1,
The precursor composition for film formation according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is represented by the following formula (13).
≪ Formula 13 >
R in the above formula (13) is any one selected from a C 1 -C 5 alkyl group.
상기 <화학식 13>으로 표시되는 화합물은 하기 <화학식 14>로 표시되는 것을 특징으로 하는, 성막용 전구체 조성물.
<화학식 14>
22. The method of claim 21,
The precursor composition for film formation according to claim 13, wherein the compound represented by the formula (13) is represented by the following formula (14).
≪ Formula 14 >
상기 성막용 전구체 조성물은 제1항, 제4항, 제5항, 제7항 내지 제16항, 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항의 성막용 전구체 조성물인, 박막 증착 방법.A thin film deposition method for depositing a thin film on a substrate by supplying a precursor composition for film formation and atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD)
Wherein the precursor composition for film formation is the precursor composition for film formation according to any one of claims 1, 4, 5, 7 to 16, 18 to 22.
상기 박막은 50 ~ 700 ℃의 온도범위에서 증착되는, 박막 증착 방법.24. The method of claim 23,
Wherein the thin film is deposited at a temperature ranging from 50 to 700 占 폚.
상기 성막용 전구체 조성물은 버블링 방식, 기체상(vapor phase) 엠에프씨(MFC: Mass Flow Controller) 방식, 직접 기체 주입(DGI: Direct Gas Injection) 방식, 직접 액체 주입(DLI: Direct Liquid Injection) 방식 또는 상기 성막용 전구체 조성물을 유기용매에 용해시켜 상기 기판상에 이동시키는 유기용액 공급 방식 중 선택된 이동 방식을 통해 상기 기판으로 이동하는, 박막 증착 방법.24. The method of claim 23,
The precursor composition for film formation may be a bubbling method, a vapor phase mass flow controller (MFC) method, a direct gas injection (DGI) method, a direct liquid injection (DLI) Or an organic solution supplying method in which the film forming precursor composition is dissolved in an organic solvent and moved on the substrate.
상기 성막용 전구체 조성물은 운반가스와 함께 상기 버블링 방식 또는 상기 직접 기체 주입 방식에 의해 상기 기판상으로 이동하되,
상기 운반가스는,
아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He) 또는 수소(H2) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 혼합물인, 박막 증착 방법.26. The method of claim 25,
The precursor composition for film formation is moved onto the substrate by the bubbling method or the direct gas injection method together with the carrier gas,
The carrier gas,
Wherein the mixture is at least one selected from the group consisting of argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), and hydrogen (H 2 ).
상기 박막은 티타늄 산화막, 지르코늄 산화막, 하프늄 산화막 중 어느 하나이며,
상기 박막의 증착시 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3) 및 과산화수소(H2O2)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 반응가스를 공급하는, 박막 증착 방법.24. The method of claim 23,
Wherein the thin film is any one of a titanium oxide film, a zirconium oxide film, and a hafnium oxide film,
Wherein at least one reaction gas selected from the group consisting of water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is supplied during the deposition of the thin film .
상기 박막은 티타늄 질화막, 지르코늄 질화막, 하프늄 질화막 중 어느 하나이며,
상기 박막의 증착시 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 이산화질소(NO2) 및 질소(N2)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 반응가스를 공급하는, 박막 증착 방법.24. The method of claim 23,
The thin film is any one of a titanium nitride film, a zirconium nitride film, and a hafnium nitride film,
Wherein at least one reaction gas selected from the group consisting of ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), nitrogen dioxide (NO 2 ), and nitrogen (N 2 ) is supplied during deposition of the thin film.
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