KR20160113667A - 무기 박막의 제조 방법 - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table
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Abstract
본 발명은 기판 상에 무기 박막을 생성하기 위한 방법, 특히 원자층 증착 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 하기 화학식 I의 화합물을 기체 상태 또는 에어로졸 상태로 만드는 단계; 및 기체 상태 또는 에어로졸 상태의 화학식 I의 화합물을 고체 기판 상에 증착시키는 단계를 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서,
L은
이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
M은 금속 또는 반금속이고,
X는 M에 배위하는 리간드이고,
m은 0 내지 4의 정수이다.
[화학식 I]
상기 식에서,
L은
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
M은 금속 또는 반금속이고,
X는 M에 배위하는 리간드이고,
m은 0 내지 4의 정수이다.
Description
본 발명은 기판 상에 무기 박막을 생성하는 방법, 특히 원자층 증착 방법의 분야에 속한다.
예를 들어 반도체 산업에서, 진행중인 소형화에 따라, 기판 상의 무기 박막에 대한 필요가 증가하는 반면, 이러한 막의 품질의 요건은 엄격해진다. 무기 박막은 상이한 목적, 예컨대 장벽층, 시드, 라이너, 유전체 또는 미세 구조의 분리의 목적에 알맞다. 여러 무기 박막 생성 방법이 공지되어 있다. 그 중 하나는 기체 상태의 막 형성 화합물을 기판 상에 증착하는 것이다. 적당한 온도에서 금속 또는 반금속 원자를 기체 상태로 만들기 위해, 예를 들어 금속 또는 반금속을 적합한 리간드와 착체화시킴으로써 휘발성 전구체를 제공하는 것이 필요하다. 이들 리간드는, 착체화된 금속 또는 반금속을 기판 상에 증착시킨 후에 제거되여야 한다.
W0 2012/057 884 A1은 전이 금속에 대한 질소-함유 리간드 및 원자층 증착 방법에서 이들의 용도를 개시한다.
JP 2001 261 638 A는 알파 올레핀 중합을 위한 촉매로서 유용한 다이이미노 피롤릴 리간드를 갖는 금속 착체 화합물을 개시한다.
본 발명의 목적은 기체 상태 또는 에어로졸 상태의 금속 또는 반금속을 증착시킴으로써 고체 기판 상에 무기 박막을 생성하는 방법을 제공하는 것이다. 전구체가 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 되는 동안 상기 방법이 금속 또는 반금속을 포함하는 전구체의 가능한 한 적은 분해와 함께 수행될 수 있음이 바람직하다. 동시에, 고체 기판 상에 증착된 후에 전구체가 용이하게 분해되는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 추가적 목적은 다양한 상이한 금속 또는 반금속에 적용할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 경제적으로 실현가능한 조건하에 고품질의 막을 생성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은, 하기 화학식 I의 화합물을 기체 상태 또는 에어로졸 상태로 만드는 단계; 및
기체 상태 또는 에어로졸 상태의 화학식 I의 화합물을 고체 기판 상에 증착시키는 단계
를 포함하는 방법에 의해 달성된다:
[화학식 I]
상기 식에서,
L은 
이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
M은 금속 또는 반금속이고,
X는 M에 배위하는 리간드이고,
m은 0 내지 4의 정수이다.
또한, 본 발명은
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6가 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n이 1 내지 3의 정수이고,
M이 Sr, Ba, Co 또는 Ni이고,
X가 M에 배위하는 리간드이고,
m이 0 내지 4의 정수인,
화학식 I의 화합물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 고체 기판 상에 막을 형성하기 위한,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6가 서로 독립적으로 수소, 알킬 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n이 1 내지 3의 정수이고,
M이 금속 또는 반금속이고,
X가 M에 배위하는 리간드이고,
m이 0 내지 4의 정수인,
화학식 I의 화합물의 용도에 관한 것이다.
도 1은 화합물 C1의 열 중량 측정 분석 결과를 나타내고, x-축 상에 샘플의 온도가 ℃로 주어지고, y-축 상에 샘플의 초기 질량의 백분율로서 나머지 질량이 주어진다.
도 2은 화합물 C2의 열 중량 측정 분석 결과를 나타내고, x-축 상에 샘플의 온도가 ℃로 주어지고, y-축 상에 샘플의 초기 질량의 백분율로서 나머지 질량이 주어진다.
도 3은 화합물 C8의 열 중량 측정 분석 결과를 나타내고, x-축 상에 샘플의 온도가 ℃로 주어지고, y-축 상에 샘플의 초기 질량의 백분율로서 나머지 질량이 주어진다.
도 4는 화합물 C9의 열 중량 측정 분석 결과를 나타내고, x-축 상에 샘플의 온도가 ℃로 주어지고, y-축 상에 샘플의 초기 질량의 백분율로서 나머지 질량이 주어진다.
도 2은 화합물 C2의 열 중량 측정 분석 결과를 나타내고, x-축 상에 샘플의 온도가 ℃로 주어지고, y-축 상에 샘플의 초기 질량의 백분율로서 나머지 질량이 주어진다.
도 3은 화합물 C8의 열 중량 측정 분석 결과를 나타내고, x-축 상에 샘플의 온도가 ℃로 주어지고, y-축 상에 샘플의 초기 질량의 백분율로서 나머지 질량이 주어진다.
도 4는 화합물 C9의 열 중량 측정 분석 결과를 나타내고, x-축 상에 샘플의 온도가 ℃로 주어지고, y-축 상에 샘플의 초기 질량의 백분율로서 나머지 질량이 주어진다.
본 발명의 바람직한 실시양태는 명세서 및 특허청구범위에서 찾아볼 수 있다. 상이한 실시양태의 조합은 본 발명의 범주내에 속한다.
본 발명에 따른 방법에서, 화학식 I의 화합물은 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 된다. 리간드 L에서, 2개의 이미노메틸 기는 피롤 고리에 공액결합된다. 이는 단편화에 대하여 L을 매우 안정하게 만들어 본 발명에 따른 방법에 의해 형성된 막에서 바람직하지 않은 단편을 남기지 않고 화학식 I의 화합물로부터 제거될 수 있는 것으로 생각된다.
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이다. 리간드 L의 탄소 원자의 수는 화학식 I의 화합물이 상당한 분해없이 손쉽게 기체 상태 또는 에어로졸 상태로 될 수 있음에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 본 발명에 있어서 상당한 분해의 부재는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게 95 중량% 이상, 특히 98 중량% 이상의 화학식 I의 화합물이 화학적 변화없이 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 될 수 있음을 의미한다.
바람직하게, 리간드 L의 모든 알킬 및/또는 트라이알킬실릴 기는 함께 12개 이하의 탄소 원자, 바람직하게 8개 이하의 탄소 원자를 함유한다. 알킬 기는 선형 또는 분지형일 수 있다. 선형 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-노닐, n-데실이다. 분지형 알킬 기의 예는 이소-프로필, 이소-부틸, sec-부틸, tert-부틸, 2-메틸-펜틸, 2-에틸-헥실, 사이클로프로필, 사이클로헥실, 인단일, 노본일이다. 트라이알킬실릴 기는 동일하거나 상이한 알킬 기를 함유할 수 있다. 동일한 알킬 기를 갖는 트라이알킬실릴 기의 예는 트라이메틸실릴, 트라이에틸실릴, 트라이-n-프로필실릴, 트라이-이소-프로필실릴, 트라이사이클로헥실실릴이다. 상이한 알킬 기를 갖는 트라이알킬실릴 기의 예는 다이메틸-tert-부틸실릴, 다이메틸사이클로헥실실릴, 메틸-다이-이소-프로필실릴이다.
바람직하게 본 발명에 따라 R1 및 R6는 서로 독립적으로 리간드 L의 이미노-질소 원자에 대한 탄소 또는 규소 결합에 연결된 수소 원자없는 알킬 또는 트라이알킬실릴 기이다. 이러한 경우, 리간드 L은 고온, 예컨대 100℃ 초과, 특히 150℃ 초과에서 재배열 또는 분할에 대해 보다 안정할 것으로 생각된다. 이러한 이론에 구애되지 않고, 이는 일반적으로 화학식 I의 화합물의 이의 증발 온도에서 증가된 열적 안정성을 야기해야 함이 이해된다. 열적 안정성의 적합한 결정 방법은 DIN 51006(문헌[Thermische Analyse (TA) - Thermogravimetrie (TG) - Grundlagen, July 2006])에 기재된 바와 같은 불활성 대기하에 열중량 측정이되, 온도 제어를 위해 보다 정밀한 절차 A가 바람직하다. 화학식 I의 화합물을 이의 기화 온도로 가열시 이의 중량의 10% 미만, 바람직하게 5% 미만이 손실되는 경우, 그 온도에서 열적으로 안정한 것으로 간주된다. R1 및 R6가 서로 독립적으로 tert-부틸 또는 트라이메틸실릴 기인 것이 특히 바람직하다.
바람직하게 R3 및 R4는 본 발명에 따라 서로 독립적으로 수소, 짧은 알킬 기 또는 트라이메틸실릴 기이다. 짧은 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필 및 이소-프로필이다. 이 경우, 착체는 덜 벌키해질 수 있다. R3 및 R4가 둘다 수소인 것이 보다 바람직하다. 착체는 R2 및 R5가 서로 독립적으로 수소, 짧은 알킬 기 또는 트라이메틸실릴 기인 경우 아마 보다 더 효율적으로 패킹한다. 따라서, R2 및 R5가 서로 독립적으로 소, 짧은 알킬 기 또는 트라이메틸실릴 기, 예컨대 특히 수소, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필 또는 트라이메틸실릴인 것이 바람직하다. R2 및 R5가 서로 독립적으로 수소 또는 메틸인 것이 보다 바람직하고, R2 및 R5가 둘다 수소인 것이 보다 바람직하다. 또한, R2 및 R5가 둘다 메틸인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 리간드 L을 고온, 예컨대 100℃ 초과, 특히 150℃ 초과로 가열시 단편화에 대하여 보다 높은 안정성을 나타내는 것으로 생각된다.
화학식 I의 화합물의 분자량은 바람직하게 1000 g/mol 이하, 보다 바람직하게 900 g/mol 이하, 보다 더 바람직하게 800 g/mol 이하, 특히 700 g/mol 이하이다.
본 발명에 따른 화학식 I의 화합물은 1 내지 3개의 리간드 L을 함유할 수 있다, 즉, n은 1 내지 3의 정수이다. 일반적으로, 금속 또는 반금속 M이 클수록 보다 큰 n을 얻을 수 있다. 일반적으로, 큰 M의 경우에만 n은 3 이하이다. 이는 M이 원소 주기율표의 4족 또는 보다 높은 수의 족의 금속 또는 반금속인 경우이다. 바람직하게, n은 1 내지 2이고, 보다 바람직하게 n은 2이다.
화학식 I의 화합물에서 M은 본 발명에 따라 임의의 금속 또는 반금속일 수 있다. 금속은 Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os Ir, Pt, Au, Hg, Tl 및 Bi이다. 바람직한 금속은 Ni, Co, Ta, Ru, Cu, Sr 및 Ba이다. 보다 바람직한 금속은 Sr, Ba, Co 또는 Ni이다. 반금속은 B, Si, As, Ge 및 Sb이다.
금속 또는 반금속 M은 임의의 산화수로 존재할 수 있다. 바람직하게 M은 고체 기판 상에 최종 막에 존재해야 하는 산화수에 가깝다. 예를 들어, 산화수 0의 금속 또는 반금속 막이 목적되는 경우, 화학식 I의 화합물에서 금속 또는 반금속 M은 안정한 화학식 I의 화합물이 이용가능한 한 바람직하게 산화수 0, -1 또는 +1로 존재해야 한다. 그렇지 않으면, 그 다음으로 높거나 낮은 산화수가 안정한 화학식 I의 화합물이 수득될 수 있도록, 예컨대 -2 또는 +2로 선택된다. 또한, 금속이 산화수 +2를 가지는 금속 산화물 막이 목적되는 경우, 화학식 I의 화합물에서 금속 또는 반금속 M이 산화수 +1, +2 또는 +3인 것이 바람직하다. 또다른 예는 금속이 산화수 +4를 가져야 하는 금속 산화물 막이다. 이 경우, 화학식 I의 화합물에서 M은 바람직하게 산화수 +4, +3 또는 +5로 존재해야 한다. 보다 바람직하게, 화학식 I의 화합물에서 M은 고체 기판 상에 최종 막에 존재해야 하는 산화수와 동일한 산화수를 를 갖는다. 이 경우, 산화 또는 환원이 필요하지 않다.
화학식 I의 화합물에서 리간드 X는 본 발명에 따라 M에 배위하는 임의의 리간드일 수 있다. X가 전하를 갖는 경우, m은 일반적으로 화학식 I의 화합물이 중성 전하를 갖도록 선택된다. 하나 초과의 이러한 리간드가 화학식 I의 화합물에 존재하는 경우, 즉, m > 1인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. m > 2인 경우, 2개의 리간드 X가 동일하고 나머지 X가 이들과 상이한 것이 가능하다. X는 금속 또는 반금속 M의 임의의 리간드권에, 예를 들어 리간드 내권에, 리간드 외권에 존재할 수 있거나 M에 느슨하게 결합된다. 바람직하게, X는 M의 리간드 내권에 존재한다. 모든 리간드 X가 M의 리간드 내권에 존재하는 경우, 화학식 I의 화합물의 휘발성이 높아 분해없이 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 될 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 I의 화합물에서 리간드 X는 할로겐의 음이온, 예컨대 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드 또는 요오다이드, 및 슈도할로겐의 음이온, 예컨대 시아나이드, 이소시아나이드, 시아네이트, 이소시아네이트, 티오시아네이트, 이소티오시아네이트 또는 아지드를 포함한다. 또한, X는 임의의 아민 리간드일 수 있되, 상기 아민 리간드에서 배위하는 질소 원자가 알킬아민, 피페리딘, 모폴린 또는 헥사메틸다이실라잔에서와 같이 지방족; 아미노 이미드; 또는 피롤, 인돌, 피리딘 또는 피라진에서와 같이 방향족일 수 있다. 아민 리간드의 질소 원자는 흔히 M에 배위하기 전에 탈양성자화된다. 또한, X는 아미드 리간드, 예컨대 폼아미드 또는 아세트아미드; 아미데이트 리간드, 예컨대 아세트아미딘; 또는 구아니디네이트 리간드, 예컨대 구아니딘일 수 있다. 또한, X는 산소 원자가 금속 또는 반금속에 배위하는 리간드일 수 있다. 예는 알칸올레이트, 테트라하이드로퓨란, 아세틸아세토네이트, 아세틸 아세톤, 1,1,1,5,5,5-헥사플루오로아세틸아세토네이트 또는 1,2-다이메톡시에탄이다. X의 다른 적합한 예는 다이메틸아미노-이소-프로판올을 비롯한 둘다 M에 배위하는 질소 원자 및 산소 원자 둘다를 포함한다. 또한, 적합한 X는 인 원자를 통해 M에 배위하는 리간드이다. 이는 트라이알킬 포스핀, 예컨대 트라이메틸 포스핀, 트라이-tert-부틸 포스핀 또는 트라이사이클로헥실 포스핀; 또는 방향족 포스핀, 예컨대 트라이페닐 포스핀 또는 트라이톨릴 포스핀을 포함한다.
추가로 적합한 리간드 X는 알킬 음이온, 예컨대 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸 음이온이다. 또한, X는 M에 π-결합으로 배위하는 불포화 탄화수소일 수 있다. 불포화 탄화수소는 에틸렌, 프로필렌, 이소-부틸렌, 사이클로헥센, 사이클로옥타다이엔, 에틴, 프로핀을 포함한다. 말단 알킨은 비교적 용이하게 탈양성자화된다. 이후, 이들은 음성 전하를 갖는 말단 탄소 원자를 통해 배위할 수 있다. 또한, X는 음이온 및 불포화 결합을 통해 배위할 수 있는 불포화 음이온성 탄화수소, 예컨대 알릴 또는 2-메틸-알릴일 수 있다. 또한, 사이클로펜타다이엔일 음이온 및 치환된 사이클로펜타다이엔일 음이온이 X에 대하여 적합하다. X에 대하여 추가로 적합한 예는 일산화 탄소(CO) 또는 산화 질소(NO)이다. 또한, M에 배위하는 다수의 원자를 함유하는 분자를 사용하는 것이 가능하다. 예는 바이피리딘, o-터피리딘, 에틸렌다이아민, 치환된 에틸렌다이아민, 에틸렌다이(비스페닐포스핀), 에틸렌-다이(비스-tert-부틸포스핀)이다.
낮은 기화 온도를 갖는 작은 리간드가 X에 대하여 바람직하다. 이들 바람직한 리간드는 일산화 탄소, 시아나이드, 에틸렌, 테트라하이드로퓨란, 다이메틸아민, 트라이메틸포스핀, 산화 질소 및 1,2-다이메톡시에탄을 포함한다. 예를 들어 표면-결합된 양성자에 의해 양성자화시 휘발성 중성 화합물로 용이하게 변형될 수 있는 작은 음이온성 리간드가 X에 대하여 적합하다. 예는 메틸, 에틸, 프로필, 다이메틸아미드, 다이에틸아미드, 알릴, 2-메틸-알릴을 포함한다.
바람직하게, 화학식 I의 화합물은 2개의 리간드 L을 포함한다. 이 경우, n은 2이다. 보다 바람직하게, 리간드 X는 화학식 I의 화합물에 존재하지 않는다, 즉, m은 0이다. 이 경우, 화학식 I의 화합물은 하기 화학식 Ia의 화합물이 된다:
[화학식 Ia]
2개의 리간드 L은 각각의 R1, R2, R3, R4, R5 및 R6에 대하여 동일하거나 상이한 치환기를 함유할 수 있다. R1, R2, R3, R4, R5 및 R6에 대해 상기에 기재된 바와 동일한 정의가 적용된다. 바람직하게, 각각의 R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 모든 리간드 L에서 동일한 치환기이다.
리간드 L의 평면성 때문에, 치환기 R1, R2, R3, R4, R5 및 R6가 리간드 L 중 하나 이상이 C2v 대칭을 갖도록 하지 않는 한, 화학식 Ia의 화합물은 키랄이다. 즉, 예를 들어, R1이 R6이고, R2가 R5이고, R3가 R4인 경우, 이는 일반적으로 화학식 I의 화합물에 대하여 바람직한 치환 패턴이다. 화학식 Ia의 화합물이 키랄성을 나타내는 경우, 화합물은 라세미 혼합물로서 사용될 수 있거나 순수한 거울상 이성질체일 수 있다. 순수한 거울상 이성질체인 화학식 Ia의 화합물이 바람직하다.
화학식 I의 화합물의 일부 구체적 예를 하기 표에 나타내었다:
본 발명에 따른 방법에 사용되는 화학식 I의 화합물은 고순도로 사용되어 최선의 결과를 달성한다. 고순도는 사용된 물질이 90 중량% 이상의 화학식 I의 화합물, 바람직하게 95 중량% 이상의 화학식 I의 화합물, 보다 바람직하게 98 중량% 이상의 화학식 I의 화합물, 특히 99 중량% 이상의 화학식 I의 화합물을 함유함을 의미한다. 순도는 DIN 51721에따라 원소 분석에 의해 결정될 수 있다(문헌[Prufung fester Brennstoffe - Bestimmung des Gehaltes an Kohlenstoff und Wasserstoff - Verfahren nach Radmacher-Hoverath, August 2001]). R2, R3, R4 및 R5가 수소인 리간드 L은 전형적 이민 형성 조건하에 2,5-다이카본일피롤과 각각의 아민의 축합에 의해 합성될 수 있다. 전구체인 2,5-다이카본일피롤은 하기 참고 문헌의 절차에 따라 합성될 수 있다: 문헌[K. Olsson, P. Pernemalm, Acta Chemica Scandinavica B 33 (1979), page 125-132]; [R. Miller, K. Olsson, Acta Chemica Scandinavica B 35 (1981) page 303-310].
본 발명에 따른 방법에서, 화학식 I의 화합물은 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 된다. 이는 화학식 I의 화합물을 고온으로 가열함으로써 달성될 수 있다. 임의의 경우, 화학식 I의 화합물의 분해 온도 미만의 온도가 선택되어야 한다. 바람직하게 가열 온도는 실온보다 약간 초과 내지 300℃, 보다 바람직하게 30 내지 250℃, 보다 더 바람직하게 40 내지 200℃, 특히 50 내지 150℃ 범위이다.
화학식 I의 화합물을 기체 상태 또는 에어로졸 상태로 만드는 또다른 방법은 예를 들어 US 2009/0226612 A1에 기재되어 있는 직접 액체 주입법(DLI)이다. 이러한 방법에서, 화학식 I의 화합물은 전형적으로 용매에 용해되고 담체 기체 기체 또는 진공에 분무된다. 화학식 I의 화합물의 증기압, 온도 및 압력에 따라, 화학식 I의 화합물은 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 된다. 다양한 용매가 사용될 수 있되, 화학식 I의 화합물은 이러한 용매에 충분한 용해도, 예컨대 1 g/l 이상, 바람직하게 10 g/l 이상, 보다 바람직하게 100 g/l 이상의 용해도를 나타낸다. 이러한 용매의 예는 배위 용매, 예컨대 테트라하이드로퓨란, 다이옥산, 다이에톡시에탄 또는 피리딘; 또는 비-배위 용매, 예컨대 헥산, 헵탄, 벤젠, 톨루엔 또는 자일렌이다. 또한, 용매 혼합물이 적합하다. 화학식 I의 화합물을 포함하는 에어로졸은 매우 미세한 액체 방울 또는 고체 입자를 함유해야 한다. 바람직하게, 액체 방울 또는 고체 입자는 500 nm 이하, 보다 바람직하게 100 nm 이하의 중량 평균 직경을 갖는다. 액체 방울 또는 고체 입자의 중량 평균 직경은 ISO 22412:2008에 기재된 동적 광 산란법에 의해 결정될 수 있다. 또한, 예를 들어 화학식 I의 화합물의 제한된 증기압에 기인하여 화학식 I의 화합물의 일부가 기체 상태로 존재하고 나머지가 에어로졸 상태로 존재하는 것이 가능하고, 이는 에어로졸 상태의 화학식 I의 화합물의 부분적 증발을 야기한다.
화학식 I의 화합물을 감소된 압력에서 기체 상태 또는 에어로졸 상태로 만드는 것이 바람직하다. 이러한 방식에서, 공정은 일반적으로 낮아진 가열 온도에서 수행되어 화학식 I의 화합물의 감소된 분해를 야기한다. 또한, 증가된 압력을 사용하여 기체 상태 또는 에어로졸 상태의 화학식 I의 화합물을 고체 기판으로 보내는 것이 가능하다. 압력은 100 내지 10-10 mbar, 바람직하게 1 내지 10-8 mbar, 보다 바람직하게 0.01 내지 10-6 mbar, 특히 10-3 내지 10-5 mbar 범위, 예컨대 10-4 mbar일 수 있다. 그러나, 바람직하게, 압력은 10 bar 내지 10-7 mbar, 보다 바람직하게 1 bar 내지 10-3 mbar, 특히 0.01 내지 1 mbar, 예컨대 0.1 mbar이다.
본 발명에 따른 방법에서, 화학식 I의 화합물은 기체 상태 또는 에어로졸 상태로부터 고체 기판 상에 증착된다. 고체 기판은 임의의 고체 물질일 수 있다. 이들은 예를 들어 금속, 반금속, 산화물, 질화물 및 중합체를 포함한다. 또한, 기판은 상이한 물질의 혼합물인 것이 가능하다. 금속의 예는 알루미늄, 강, 아연 및 구리이다. 반금속의 예는 규소, 게르마늄 및 갈륨 비화물이다. 산화물의 예는 규소 이산화물, 티타늄 이산화물 및 아연 산화물이다. 질화물의 예는 규소 질화물, 알루미늄 질화물, 티타늄 질화물 및 갈륨 질화물이다. 중합체의 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈렌-다이카복시산(PEN) 및 폴리아미드이다.
고체 기판은 임의의 모양을 가질 수 있다. 이들은 시트 플레이트, 막, 파이버, 다양한 크기의 입자, 및 트렌치 또는 다른 자국을 갖는 기판을 포함한다. 고체 기판은 임의의 크기의 것일 수 있다. 고체 기판이 입자 모양을 갖는 경우, 입자의 크기는 100 nm 미만 내지 수 cm 범위, 바람직하게 1 μm 내지 1 mm일 수 있다. 입자 또는 파이버가 서로 붙는 것을 피하기 위해, 화학식 I의 화합물이 이들 위에 증착되게 하면서, 이들을 움직이게 유지하는 것이 바람직하다. 이는 예를 들어 교반, 회전 드럼 또는 유동층 기법에 의해 달성될 수 있다.
기판이 화학식 I의 화합물에 접촉하는 경우 증착이 발생한다. 일반적으로, 증착 공정은 2개의 상이한 방법으로 수행될 수 있다: 기판이 화학식 I의 화합물의 분해 온도 초과 또는 미만으로 가열됨. 기판이 화학식 I의 화합물의 분해 온도 초과로 가열되는 경우, 화학식 I의 화합물은 기체 상태 또는 에어로졸 상태의 추가적 화학식 I의 화합물이 고체 기판의 표면에 도달하는 동안은 고체 기판의 표면 상에 연속적으로 분해한다. 이러한 공정은 전형적으로 화학 중기 증착법(CVD)으로 지칭된다. 일반적으로, 유기 물질이 금속 또는 반금속 M으로부터 탈착되기 때문에 균질한 조성의 무기층, 예를 들어 금속 또는 금속 또는 반금속 산화물 또는 질화물이 고체 기판 상에 형성된다. 전형적으로 고체 기판은 300 내지 1000℃ 범위, 바람직하게 350 내지 600℃ 범위의 온도로 가열된다.
대안적으로, 기판은 화학식 I의 화합물의 분해 온도 미만이다. 전형적으로, 고체 기판은 화학식 I의 화합물이 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 되는 곳의 온도보다 낮은 온도, 흔히 실온 또는 그보다 단지 약간 높다. 바람직하게, 기판의 온도는 화학식 I의 화합물이 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 되는 곳보다 30℃ 이상 낮고, 보다 바람직하게 50℃ 이상 낮고, 특히 100℃ 이상 낮다. 대안적으로, 고체 기판은 화학식 I의 화합물이 기체 상태 또는 에어로졸 상태가 되는 곳의 온도보다 높은 온도이다. 바람직하게, 기판의 온도는 화학식 I의 화합물의 분해 온도보다 30℃ 이상 낮다. 바람직하게, 기판의 온도는 실온 내지 400℃, 보다 바람직하게 100 내지 300℃이다.
고체 기판 상에 화학식 I의 화합물의 증착은 물리 흡착 또는 화학 흡착 처리이다. 바람직하게, 화학식 I의 화합물은 고체 기판 상에 화학 흡착된다. 화학 흡착은 전형적으로 리간드 X 또는 L 중 하나 이상의 손실을 동반한다. 이들 리간드 중 하나의 손실은 고체 기판을 둘러싼 기상의 적외선 분광법을 통해 관찰될 수 있다. 해당 기판의 표면을 갖는 석영 결정을 사용하는 석영 미량 천칭을 기체 상태 또는 에어로졸 상태의 화학식 I의 화합물에 노출시킴으로써 화학식 I의 화합물이 고체 기판에 화학 흡착하는지 여부를 결정할 수 있다. 질량 증가량은 석영 결정의 고유 진동수에 의해 기록된다. 석영 결정이 놓인 챔버를 비울시, 질량은 초기 질량으로 감소해서는 안되나, 화학 흡착이 발생한 경우 대략 잔여 화학식 I의 화합물의 단일층이 남게된다. 화학식 I의 화합물의 고체 기판에의 화학 흡착이 발생한 대부분의 경우에, M의 X-선 광전자 분광법(XPS) 신호(ISO 13424 EN - Surface chemical analysis - X-ray photoelectron spectroscopy - Reporting of results of thin-film analysis; October 2013)는 기판에 대한 결합 형성 때문에 변한다.
본 발명에 따른 방법에서 기판의 온도가 화학식 I의 화합물의 분해 온도 미만으로 유지되는 경우, 전형적으로 단일 층이 고체 기판 상에 증착된다. 화학식 I의 분자가 고체 기판 상에 증착된 후에, 이의 상부 상에 추가적 증착이 덜 가능성 있어진다. 따라서, 고체 기판 상에 화학식 I의 화합물의 증착은 바람직하게 자기-제한 공정 단계를 나타낸다. 자기-제한 증착 공정 단계의 전형적 층 두께는 0.01 내지 1 nm, 바람직하게 0.02 내지 0.5 nm, 보다 바람직하게 0.03 내지 0.4 nm, 특히 0.05 내지 0.2 nm이다. 층 두께는 전형적으로 PAS 1022 DE(Referenzverfahren zur Bestimmung von optischen und dielektrischen Materialeigenschaften sowie der Schichtdicke dunner Schichten mittels Ellipsometrie; February 2004)에 기재된 타원 편광법에 의해 측정된다.
흔히 조금 전에 기재된 것보다 두꺼운 층을 생성하는 것이 목적된다. 본 발명에 따른 방법에서 이를 달성하기 위해, 모든 L 및 X의 제거에 의해 증착된 화학식 I의 화합물을 분해하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 모든 L 및 X의 제거는 증착된 화학식 I의 화합물에서 95 중량% 이상의 총 중량의 L 및 X, 바람직하게 98 중량% 이상, 특히 99 중량% 이상이 제거됨을 의미한다. 분해는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 고체 기판의 온도는 분해 온도 초과로 증가할 수 있다.
또한, 증착된 화학식 I의 화합물을 산소, 오존, 플라즈마, 예컨대 산소 플라즈마, 암모니아, 산화제, 예컨대 아산화 질소 또는 과산화 수소, 환원제, 예컨대 수소, 암모니아, 알코올, 하이드로아진, 다이알킬하이드라진 또는 하이드록시아민; 또는 용매, 예컨대 물에 노출시키는 것이 가능하다. 금속 산화물 또는 반금속 산화물의 층을 수득하기 위해 산화제, 플라즈마 또는 물을 사용하는 것이 바람직하다. 물, 산소 플라즈마 또는 오존에 노출시키는 것이 바람직하다. 물에 노출시키는 것이 특히 바람직하다. 원소 금속 또는 반금속의 층이 목적되는 경우, 환원제를 사용하는 것이 바람직하다. 금속 또는 반금속 질화물의 층을 위해서는 암모니아 또는 하이드라진을 사용하는 것이 바람직하다. 리간드 L에서 2개의 이미노메틸 기의 피롤 유닛에 대한 공액 결합의 결과로서 리간드 L의 방향족 부분의 평면성 때문에 소분자는 용이하게 금속 또는 반금속 M에 접근한다. 전형적으로, 생성된 막의 짧은 분해 시간 및 높은 순도가 관찰된다.
자기-제한 공정 단계 및 후속적 자기-제한 반응을 포함하는 증착 방법은 원자 층 증착법(ALD)으로 흔히 지칭된다. 등가적 표현으로는 분자 층 증착법(MLD) 또는 원자 층 에피택시(atomic layer epitaxy, ALE)가 있다. 이런 이유로, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게 ALD 방법이다.
본 발명에 따른 방법의 특정한 유리점은 화학식 I의 화합물이 매우 휘발성이어서 공정 파라미터가 넓은 범위에서 변할 수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 ALD 방법뿐만 아니라 CVD 방법 둘다를 포함한다.
고체 기판 상에 증착된 화학식 I의 화합물의 분해 후에, 추가적 화학식 I의 화합물이 상부에 증착되어 고체 기판 상의 막 두께를 추가로 증가시킬 수 있다. 바람직하게, 고체 기판 상에 화학식 I의 화합물의 증착 및 증착된 화학식 I의 화합물의 분해의 연속적 공정은 2회 이상 수행된다. 이러한 연속적 공정은 여러 회, 예를 들어 50 또는 100회 반복될 수 있다. 이러한 방법에서, 한정되고 균일한 두께의 막이 이용가능하다. 상기 연속적 공정을 반복함으로써 생성된 전형적인 막은 0.5 내지 50 nm의 두께를 가진다. 각각의 연속적 공정을 동일한 화학식 I의 화합물; 상이한 화학식 I의 화합물; 또는 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 화학식 I과 상이한 하나 이상의 금속 또는 반금속 전구체를 사용하여 진행시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1, 제3, 제5 등의 연속적 공정이 M이 Ba인 화학식 I의 화합물을 사용하여 수행되고 매 제2, 제4, 제6 등의 연속적 공정이 Ti 전구체, 즉, 화학식 I의 화합물 또는 상이한 Ti를 함유하는 화합물을 사용하여 수행되는 경우, BaTiO3의 막을 생성하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 연속적 공정의 횟수에 따라, 다양한 두께의 막이 생성된다. 이상적으로, 막의 두께는 수행된 연속적 공정의 횟수에 비례한다. 그러나, 실제는, 처음 30 내지 50회의 연속적 공정의 경우 비례의 원칙으로부터 일부 편차가 관찰된다. 고체 기판의 표면 구조의 불규칙성이 이러한 비-비례의 원칙을 야기하는 것으로 추정된다.
본 발명에 따른 방법의 하나의 연속적 공정은 밀리초 내지 수 분, 바람직하게 0.1초 내지 1분, 특히 1 내지 10초가 걸린다. 화학식 I의 화합물의 분해 온도 미만의 온도에서 고체 기판을 화학식 I의 화합물에 더 길게 노출시킬수록, 더 적은 결함을 갖는 보다 고른 막이 형성된다.
본 발명에 따른 방법은 특히 고체 기판 상에 Ba, Sr, Co 또는 Ni를 증착시키는데 적합하다. 따라서, 또한, 본 발명은
L이 
이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6가 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n이 1 내지 3의 정수이고,
M이 Sr, Ba, Co 또는 Ni이고,
X가 M에 배위하는 리간드이고,
m이 0 내지 4의 정수인,
화학식 I의 화합물에 관한 것이다.
R1, R2, R3, R4, R5, R6, n, X 및 m에 대해 상기에 기재된 바와 동일한 정의가 적용된다. 화학식 I의 화합물은 일반적으로 충분히 안정하여 예를 들어 승화에 의해 용이하게 정제될 수 있고 고순도로 수득될 수 있다. 고순도는 사용된 물질이 90 중량% 이상의 화학식 I의 화합물, 바람직하게 95 중량% 이상의 화학식 I의 화합물, 보다 바람직하게 98 중량% 이상의 화학식 I의 화합물, 특히 99 중량% 이상의 화학식 I의 화합물을 함유함을 의미한다. 순도는 상기에 기재된 원소 분석에 의해 결정될 수 있다.
또한, 본 발명은 고체 기판 상에 막을 형성하기 위한,
L이 
이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6가 서로 독립적으로 수소, 알킬 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n이 1 내지 3의 정수이고,
M이 금속 또는 반금속이고,
X가 M에 배위하는 리간드이고,
m이 0 내지 4인,
화학식 I의 화합물의 용도에 관한 것이다.
R1, R2, R3, R4, R5, R6, n, X 및 m에 대한 상기에 기재된 바와 동일한 정의를 적용한다.
본 발명에 따른 방법에 의해 막이 생성된다. 막은 증착된 화학식 I의 화합물의 단지 하나의 단일층, 화학식 I의 화합물의 연속하여 증착되고 분해된 여러 층, 또는 막에서 하나 이상의 층이 화학식 I의 화합물을 사용하여 생성된 상이한 여러 층일 수 있다. 막은 결함, 예컨대 구멍을 함유할 수 있다. 그러나, 이들 결함은 일반적으로 막에 의해 덮인 표면의 절반 미만을 구성한다. 막은 바람직하게 무기 막이다. 무기 막을 생성하기 위해, 모든 유기 리간드 L 및 X는 상기에 기재된 바와 같이 막으로부터 제거되어야 한다. 보다 바람직하게, 막은 금속 산화물, 반금속 산화물, 금속 질화물 또는 반금속 질화물의 무기막이다. 막은 상기에 기재된 막 형성 방법에 따라 0.1 nm 내지 1 μm 이상의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게, 막은 0.5 내지 50 nm의 두께를 갖는다. 막은 바람직하게 매우 균일한 막 두께를 갖고, 이는 기판 상에 상이한 위치에서 막 두께가 매우 조금, 일반적으로 10% 미만, 바람직하게 5% 미만 다름을 의미한다. 또한, 막은 바람직하게 기판의 표면 상에 등각형 막이다. 막 두께 및 균일성을 결정하는 적합한 방법은 XPS 또는 타원 편광법이다.
본 발명에 의해 생성된 막은 막을 포함하는 전자 소자를 위해 사용될 수 있다. 전자 소자는 다양한 크기, 예를 들어 100 nm 내지 100 μm의 구조적 특징을 가질 수 있다. 전자 소자용 막을 형성하기 위한 방법은 매우 미세한 구조에 대하여 특히 적합화되어 있다. 따라서, 1 μm 미만의 크기를 갖는 전자 소자가 바람직하다. 전자 소자의 예는 전계-효과 트랜지스터(FET), 태양 전지, 발광 다이오드, 센서 또는 커패시터이다. 광학 장치, 예컨대 발광 다이오드 또는 광 센서에서, 막은 광을 반사하는 층의 반사 지수를 증가시키는데 적합하다. 센서의 예로는 산소 센서가 있고, 여기서 예를 들어 금속 산화물 막이 제조되는 경우, 막은 산소 전도체로서 역할을 한다. 금속 산화물 반도체의 전계-효과 트랜지스터(MOS-FET)에서, 막은 유전 층 또는 확산 장벽으로서 작용할 수 있다. 또한, 원소 니켈-규소가 고체 기판 상에 증착된 막으로부터 반도체 층을 제조하는 것이 가능하다. 또한, 코발트-함유 막, 예를 들어 원소 코발트는 본 발명에 따른 방법에 의해 예를 들어 구리-계 접촉부, 예컨대 Cu-W 합금을 위한 확산 장벽으로서 증착될 수 있다.
바람직한 전자 소자는 커패시터이다. 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 막은 커패시터에서 여러 가능한 기능을 갖는다. 이는 예를 들어 유전체로서 또는 유전 층과 전도 층 사이의 중간 층으로서 작용하여 라미네이션을 향상시킬 수 있다. 바람직하게, 막은 커패시터에서 유전체로서 작용한다.
추가로 바람직한 전자 소자는 집적 회로의 복합 어레이이다. 막은 복합 집적 회로에서 여러 가능한 기능을 갖는다. 이는 예를 들어 중간 연결부로서 또는 전도 구리 층과 절연 금속 산화물 층 사이의 중간 층으로서 작용하여 절연 층으로의 구리의 이동을 감소시킬 수 있다. 바람직하게, 막은 전계-효과 트랜지스터에서 중간 연결부로서 또는 복합 집적 회로의 전기 연결부에서 중간 층으로서 작용한다.
실시예
금속 착체의 합성 또는 처리를 비롯한 모든 합성 단계를 불활성 조건하에 오븐 건조된 유리 제품, 건조 용매 및 불활성 아르곤 또는 질소 대기를 사용하여 수행하였다.
리간드
L의 일반적 합성
2,5-다이폼일피롤(0.14 mol), 상응하는 아민(3.5 mol) 및 n-펜탄(150 ml)을 가열하여 3.5 내지 5시간 동안 환류하였다. 용매 및 과량의 아민을 증류에 의해 제거하고, 잔사를 감압에서 증류시켜 리간드 L을 수득하였다.
화학식 I의 화합물의 일반적 합성(
실시예
1 내지 7)
리간드 L(2 몰 당량)을 헥산에 용해시켰다. 헥산에 현탁화된 NaH(2 몰 당량)를 리간드 L에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 24시간 동안 교반하였다. 이어서, Sr-함유 화합물의 경우 THF에 용해된 SrI2(1 몰 당량)를, Br-함유 화합물의 경우 THF에 용해된 BaI2(1 몰 당량)를 리간드 L을 포함하는 혼합물에 첨가하였다. 이 혼합물을 48시간 동안 교반하였다. 분리 후에, 용매를 감압하에 제거하였다. 순수한 화학식 I의 화합물을 진공 승화(150 내지 200℃, 0.1 mbar)에 의해 단리하였다.
수소 핵자기 공명(1H-NMR) 스펙트럼에서 약어는 통상적의 의미를 갖는다: s: 단일항, d: 이중항, t: 삼중항, m: 다중항, bs: 넓은 단일항.
실시예
1
일반적 합성에 따라 합성된 화합물 C1(비스(2,5-다이-tert-부틸이미노피롤)바륨):
분석:
1H-NMR (C6D6, 360 MHz, 25℃): δ (in ppm) 8.08 s (1H), 6.65 s (1H), 1.09 s (9H)
열 중량 측정 분석을 샘플(약 20 mg)을 사용하여 수행하였다. 이를 5℃/분의 속도로 아르곤 스트림에서 가열하였다. 열 중량 측정 분석의 결과를 도 1에 도시하였다.
전자 충동 분광계(고체 샘플, 70 eV 빔, MSD 검출기)에 의해 수득된 질량 스펙트럼은 이의 가장 강한 피크를 370 amu에서 갖고 20% 강도의 피크를 602 amu에서 가졌다.
실시예
2
일반적 합성에 따라 합성된 화합물 C2(비스(2,5-다이-tert-부틸이미노피롤)스트론튬):
1H-NMR (C6D6, 360 MHz, 25℃): δ (in ppm) 7.89 s (1H), 6.37 s (1H), 1.11 s (9H)
열 중량 측정 분석을 샘플(약 20 mg)을 사용하여 수행하였다. 이를 5℃/분의 속도로 아르곤 스트림에서 가열하였다. 열 중량 측정 분석의 결과를 도 2에 도시하였다.
전자 충동 분광계(고체 샘플, 70 eV 빔, MSD 검출기)에 의해 수득된 질량 스펙트럼은 이의 가장 강한 피크를 552 amu에서 갖고 70% 강도의 피크를 320 amu에서 가졌다.
실시예
3
일반적 합성에 따라 합성된 화합물 C3(비스(2,5-다이-이소-프로필이미노피롤)바륨):
1H-NMR (C6D6, 360 MHz, 25℃): δ (in ppm) 7.92 s (1H), 6.73 s (1H), 3.08 m (1H), 0.87 d (6H)
실시예
4
일반적 합성에 따라 합성된 화합물 C4(비스(2,5-다이-이소-프로필이미노피롤)스트론튬):
1H-NMR (C6D6, 360 MHz, 25℃): δ (in ppm) 7.95 s (1H), 6.75 s (1H), 3.07 m (1H), 0.89 d (6H)
실시예
5
일반적 합성에 따라 합성된 화합물 C5(비스(2,5-다이-n-부틸이미노피롤)바륨):
1H-NMR (C6D6, 360 MHz, 25℃): δ (in ppm) 7.89 s (1H), 6.76 s (1H), 3.04 t (2H), 1.31 m (2H), 1.14 m (2H), 1.11 t (3H)
실시예
6
일반적 합성에 따라 합성된 화합물 C6(비스(2,5-다이-n-부틸이미노피롤)스트론튬):
1H-NMR (C6D6, 360 MHz, 25℃): δ (in ppm) 7.90 s (1H), 6.72 s (1H), 3.01 t (2H), 1.30 m (2H), 1.13 m (2H), 0.81 t (3H)
실시예
7
일반적 합성에 따라 합성된 화합물 C7(비스(2,5-다이-이소-부틸이미노피롤)스트론튬) :
1H-NMR (C6D6, 360 MHz, 25℃): δ (in ppm) 7.83 s (1H), 6.74 s (1H), 2.85 d (2H), 1.51 m (1H), 0.74 d (6H)
실시예
8
화합물 C8(비스(2,5-다이-tert-부틸이미노피롤)니켈)의 합성
리간드 L(0.891 g, 3.82 mmol, 2 몰 당량)을 건조 THF(40 mL)에 용해시키고 건조 THF(40 mL) 중의 KH(0.230 g, 5.73 mmol, 3 몰 당량)의 현탁액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 18시간 동안 교반하였다. 별개의 플라스크에서, NiBr2(dme)(0.608 g, 1.91 mmol, 1 몰 당량)를 THF(50 mL)에 현탁화하였다. 리간드 L의 칼륨 염을 함유하는 현탁액을 여과하고, 투명한 여과액을 금속 염을 포함하는 현탁액에 첨가하였다. 이 혼합물을 24시간 동안 실온에서 교반하여 무색 침전물을 갖는 어두운 갈색 용액을 수득하였다. 무색 칼륨 염을 분리한 후에, 용매를 감압하에 제거하였다. 고체 갈색 잔사를 톨루엔(80 mL)으로 추출하고, 고체를 여과에 의해 분리하였다. 여과액을 다시 감압하에 증발시켜 미가공 고체 생성물(0.698 g)을 수득하였다. 순수한 어두운 갈색 화합물(0.465 mg, 66% 수율)을 진공 승화(160 - 180℃, 0.4 mbar)에 의해 단리하였다.
원소 분석: 실측치: C: 64.4, H: 9.2, N: 16.1, Ni: 10.6, Br: < 0.05; 계산치: C: 64.3, H: 8.5, N: 16.1, Ni: 11.2, Br: 0.0
THF-용액으로부터 LIFDI-MS: m/z = 522 (100) amu (%), 계산치: M+ = [C28H44N6Ni]+: 522.3
열 중량 측정 분석을 샘플(약 20 mg)을 사용하여 수행하였다. 이를 5℃/분의 속도로 아르곤 스트림에서 가열하였다. 열 중량 측정 분석의 결과를 도 3에 도시하였다.
실시예
9
화합물 C9(비스(2,5-다이-tert-부틸이미노피롤)코발트)의 합성
리간드 L(0.891 g, 3.82 mmol, 2 몰 당량)을 건조 THF(40 mL)에 용해시키고 건조 THF(40 mL) 중의 KH(0.230 g, 5.73 mmol, 3 몰 당량)의 현탁액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 18시간 동안 교반하였다. 별개의 플라스크에서, CoCl2(0.248 g, 1.91 mmol, 1 몰 당량)를 THF(50 mL)에 현탁화하고 밤새 실온에서 교반하여 짙은 청색 혼합물을 수득하였다. 리간드 L의 칼륨 염을 함유하는 현탁액을 여과하고, 투명한 여과액을 금속 염을 포함하는 현탁액에 첨가하였다. 이 혼합물을 24시간 동안 실온에서 교반하여 무색 침전물을 갖는 어두운 적색-갈색 용액을 수득하였다. 무색 칼륨 염을 분리한 후에, 용매를 감압하에 제거하였다. 고체 갈색 잔사를 톨루엔(100 mL)으로 추출하고, 고체를 여과에 의해 분리하였다. 여과액을 다시 감압하에 증발시켜 미가공 고체 생성물(0.628 g)을 수득하였다. 순수한 어두운 적색 화합물(0.458 mg, 46% 수율)을 진공 승화(160 내지 170℃, 0.5 mbar)에 의해 단리하였다.
원소 분석: 실측치: C: 64.4, H: 8.5, N: 15.9, Co: 10.5, Cl: <25 ppm; 계산치: C: 64.3, H: 8.5, N: 16.0, Co: 11.2, Cl: 0.0
THF-용액으로부터 LIFDI-MS: m/z = 523 (100) amu (%), 계산치: M+ = [C28H44CoN6]+: 523.3
열 중량 측정 분석을 샘플(약 20 mg)을 사용하여 수행하였다. 이를 5℃/분의 속도로 아르곤 스트림에서 가열하였다. 열 중량 측정 분석의 결과를 도 4에 도시하였다.
실시예
10
화합물 C10(비스(2,5-다이-tert-부틸이미노-3,4-다이메틸-피롤)스트론튬)의 합성
리간드 L(1.0 g, 3.83 mmol, 2 몰 당량)을 건조 THF(20 mL)에 용해시키고 건조 THF(30 mL) 중의 KH(0.16 g, 4.02 mmol, 2.1 몰 당량)의 현탁액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 18시간 동안 교반하였다. 별개의 플라스크에서, SrI2(0.65 g, 1.91 mmol, 1 몰 당량)를 THF(30 mL)에 용해시켰다. 리간드 L의 칼륨 염을 함유하는 용액을 스트론튬 염을 함유하는 용액에 첨가하였다. 이 혼합물을 24시간 동안 실온에서 교반하여 백색 현탁액을 수득하였다. 무색 칼륨 염을 분리한 후에, 용매를 감압하에 제거하였다. 순수한 화합물(250 mg, 22% 수율)을 진공 승화(160 내지 180℃, 10-3 mbar)에 의해 단리하였다.
1H-NMR (THF-d8, 500 MHz, 300 K): δ (in ppm) 8.23 s (2H), 2.09 s (6H), 1.12 s (18H).
THF-용액으로부터 LIFDI-MS: m/z = 608 (55) [M+], 261 (100) [L+], 계산치: M+ = [C32H52N6Sr]+: 608.4
실시예
11
화합물 C11(비스(2,5-다이-tert-부틸이미노-3,4-다이메틸-피롤)바륨)의 합성
리간드 L(1.0 g, 3.83 mmol, 2 몰 당량)을 건조 THF(20 mL)에 용해시키고, 건조 THF(30 mL) 중의 KH(0.16 g, 4.02 mmol, 2.1 몰 당량)의 현탁액에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 16시간 동안 교반하였다. 별개의 플라스크에서, BaI2(0.75 g, 1.91 mmol, 1 몰 당량)를 THF(30 mL)에 용해시켰다. 리간드 L의 칼륨 염을 함유하는 용액을 바륨 염을 포함하는 용액에 첨가하였다. 이 혼합물을 18시간 동안 실온에서 교반하여 백색 현탁액을 수득하였다. 무색 칼륨 염을 분리한 후에, 용매를 감압하에 제거하였다. 잔사를 n-헥산(20 mL)으로 추출하였다. 황색 화합물을 8℃에서 밤새 결정화하고, 이를 분리하였다. 순수한 화합물(120 mg, 10% 수율)을 진공 승화(180℃, 10-3 mbar)로 단리하였다.
1H-NMR (THF-d8, 360 MHz, 298 K): δ (in ppm) 8.22 s (2H), 2.07 s (6H), 1.13 s (18H).
THF-용액으로부터 LIFDI-MS: m/z= 658 (53) [M+], 261 (100) [L+] amu (%), 계산치: M+ = [C32H52BaN6]+: 658.1.
Claims (12)
- 하기 화학식 I의 화합물을 기체 상태 또는 에어로졸 상태로 만드는 단계; 및
기체 상태 또는 에어로졸 상태의 화학식 I의 화합물을 고체 기판 상에 증착시키는 단계
를 포함하는 방법:
[화학식 I]
상기 식에서,
L은이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
M은 금속 또는 반금속이고,
X는 M에 배위하는 리간드이고,
m은 0 내지 4의 정수이다. - 제1항에 있어서,
화학식 I의 화합물이 고체 기판의 표면 상에 화학흡착하는, 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
증착된 화학식 I의 화합물이 모든 리간드 L 및 X의 제거에 의해 분해되는, 방법. - 제3항에 있어서,
분해가 물, 산소 플라즈마 또는 오존에 노출시킴으로써 수행되는, 방법. - 제3항 또는 제4항에 있어서,
고체 기판 상에 화학식 I의 화합물을 증착시킴 및 증착된 화학식 I의 화합물을 분해함의 연속적 공정을 2회 이상 수행하는, 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
M이 Sr, Ba, Ni 또는 Co인, 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
R2 및 R5가 서로 독립적으로 수소 또는 메틸인, 방법. - 하기 화학식 I의 화합물:
[화학식 I]
상기 식에서,
L은이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 알킬 기 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
M은 Sr, Ba, Co 또는 Ni이고,
X는 M에 배위하는 리간드이고,
m은 0 내지 4의 정수이다. - 제8항에 있어서,
R3 및 R4가 수소인, 화합물. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
n이 2이고, m이 0인, 화합물. - 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
R2 및 R5가 서로 독립적으로 수소 또는 메틸인, 화합물. - 고체 기판 상에 막을 형성하기 위한, 하기 화학식 I의 화합물의 용도:
[화학식 I]
상기 식에서,
L은이고,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 서로 독립적으로 수소, 알킬 또는 트라이알킬실릴 기이고,
n은 1 내지 3의 정수이고,
M은 금속 또는 반금속이고,
X는 M에 배위하는 리간드이고,
m은 0 내지 4의 정수이다.
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