KR20170007277A - 코발트 화합물, 박막 형성용 원료 및 박막의 제조 방법 - Google Patents

코발트 화합물, 박막 형성용 원료 및 박막의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 코발트 화합물은, 하기 화학식(I)으로 표시된다:
Figure pct00011

화학식(I) 중, R1~R3은, 각각 독립적으로 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기를 나타낸다. 또, 본 발명의 박막 형성용 원료는, 상기 화학식(I)으로 표시되는 코발트 화합물을 함유한다. 본 발명에 의하면, 융점이 낮고, 액체 상태로 수송될 수 있으며, 저온에서 분해시킬 수 있고, 더구나 증기압이 커서 기화시키기 쉬운 코발트 화합물 및 그것을 이용한 박막 형성용 원료를 제공할 수 있다.

Description

코발트 화합물, 박막 형성용 원료 및 박막의 제조 방법{COBALT COMPOUND, RAW MATERIAL FOR FORMING THIN FILM, AND METHOD FOR PRODUCING THIN FILM}
본 발명은, 전극막, 저항막, 접착막, 자기 테이프, 초경량 공구 부재 등에 사용되는, 코발트 화합물, 박막 형성용 원료 및 박막의 제조 방법에 관한 것이다.
코발트를 함유하는 박막은, 전극막, 저항막, 접착막, 자기 테이프, 초경량 공구 부재 등에 사용되고 있다. 이 박막의 제조법으로서는, 화염퇴적법；스퍼터링법；이온 플레이팅법; 도포열분해법이나 졸겔법 등의 MOD법 (Metal Organic Decomposition: 금속 유기 화합물 분해법)；ALD법(Atomic Layer Decomposition: 원자층 증착법)이나 CVD법(Chemical Vapor Decomposition: 화학기상성장법) 등의 기상 박막 형성법 등이 있다. 그 중에서도 기상 박막 형성법은, 조성 제어성 및 단차피복성이 우수한 점, 양산화에 적합한 점, 하이브리드 집적이 가능한 점 등의 많은 장점을 갖는 점에서, 최적인 제조법이다.
MOD법이나 기상 박막 형성법에서는, 박막 형성용 원료에 함유되는, 박막에 코발트 원자를 공급하는 프리커서(precursor)로서, 유기 배위자를 갖는 코발트 화합물이 사용되고 있다.
예컨대, 특허문헌 1 및 2에는, 제3급 아미노알콕사이드를 배위자로 한 코발트 화합물이 보고되어 있다. 또, 특허문헌 3에는, 제1급 아미노알콕사이드를 배위자로 한 코발트 화합물이 보고되어 있다.
특허문헌 1: 한국 등록특허 제10-0675983호 공보 특허문헌 2: 미국 특허 출원 공개 제2010/0181566호 명세서 특허문헌 3: 국제공개 제2007/147020호 공보
박막의 각종 제조법 중에서도 특히 기상 박막 형성법에서는, 박막 형성용 원료에 사용되는 프리커서에는, 융점이 낮고, 액체 상태에서 수송이 가능한 점, 저온에서 분해시킬 수 있는 점 및 증기압이 커서 기화시키기 쉬운 점이 요구된다. 그러나, 특허문헌 1~3의 코발트 화합물은, 이들의 요구를 충분히 만족하는 것은 아니었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 실시된 것으로, 융점이 낮고, 액체 상태에서 수송이 가능하며, 저온에서 분해시킬 수 있고, 더구나 증기압이 커서 기화시키기 쉬운 코발트 화합물 및 그것을 사용한 박막 형성용 원료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 양질의 코발트 함유 박막을 생산성 좋게 제조할 수 있는 박막의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 특정의 구조를 갖는 아미노알코올을 배위자로 한 코발트 화합물이, 상기 문제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 도달하였다.
즉, 본 발명은, 하기 화학식(I):
Figure pct00001
(식중, R1~R3은, 각각 독립적으로 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기를 나타냄)으로 표시되는 코발트 화합물이다.
또, 본 발명은, 상기 코발트 화합물을 함유하는 박막 형성용 원료이다.
또한, 본 발명은, 상기 박막 형성용 원료를 기화시키는 것에 의해, 코발트 화합물을 함유하는 증기를 얻는 공정과, 상기 증기를 기판과 접촉시키는 것에 의해, 상기 코발트 화합물을 분해 및/또는 화학반응시켜서 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 박막의 제조방법이다.
본 발명에 의하면, 융점이 낮고, 액체 상태에서 수송이 가능하며, 저온에서 분해시킬 수 있으며, 더구나 증기압이 커서 기화시키기 쉬운 코발트 화합물 및 그것을 사용한 박막 형성용 원료를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 양질의 코발트 함유 박막을 생산성 좋게 제조할 수 있는 박막의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 8에서 사용한, 본 발명의 박막의 제조방법에 사용되는 CVD 장치의 개략도이다.
발명을 실시하기 위한 형태
이하, 본 발명의 코발트 화합물, 박막 형성용 원료 및 박막의 제조방법의 바람직한 실시형태에 관하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 코발트 화합물은, 하기 화학식(I)으로 표시된다.
Figure pct00002
화학식(I) 중, R1~R3은, 각각 독립적으로 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기를 나타낸다. R1~R3으로 표시되는 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, 제2급 부틸기, 제3급 부틸기, 펜틸기, 아밀기, 이소아밀기 등을 들 수 있다. 또, 화학식(I)으로 표시되는 코발트 화합물은, 광학 활성 부위를 갖는 경우가 있지만, 그 경우는 R체 또는 Ｓ체의 어느 것, 또는 R체와 Ｓ체의 임의 비율의 혼합물일 수 있다. 특히, 코발트 화합물이 R체와 S체의 혼합물인 경우, 제조 비용의 관점에서, 라세미체를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구조를 갖는 코발트 화합물이라면, 융점이 낮고, 액체 상태에서 수송이 가능하며, 저온에서 분해시킬 수 있고, 더구나 증기압이 커서 기화시키기 쉽게 할 수 있다.
또, 코발트 화합물은, 하기 화학식(II)으로 표시되도록, 배위자 중의 질소원자가 코발트 원자에 배위하여 환 구조를 형성하고 있어도 좋다. 본 명세서에서, 상기 화학식(I)으로 표시되는 코발트 화합물은, 하기 화학식(II)으로 표시되는 코발트 화합물을 포함하는 개념이다.
Figure pct00003
화학식(II) 중, R1~R3은, 각각 독립적으로 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기를 나타낸다.
코발트 화합물을 기화시켜서 성막하는 기상 박막 형성법을 이용하는 경우, 코발트 화합물은, 상온상압하에서 액체상태이든가 또는 고체 상태이어도 융점이 낮고, 저온에서 분해할 수 있으며, 또 증기압이 큰 특성을 갖는 것이 바람직하지만, 상기와 같은 구조를 갖는 코발트 화합물이면, 이와 같은 특성을 일반적으로 갖는다. 특히, 화학식(I)에서, R1이 메틸기 또는 에틸기이고, R2 및 R3이 각각 독립적으로 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기인 코발트 화합물; R1이 이소프로필기, 이소부틸기, 제2급 부틸기 또는 제3급 부틸기이고, R2 및 R3이 각각 독립적으로 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기이고, 또 R2 및 R3의 탄소원자수의 합이 3 이상인 코발트 화합물은, 융점이 특히 낮은 특성을 갖는다. 또, 화학식(I)에서, R1이 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 이소부틸기 또는 제2급 부틸기이고, R2 및 R3이 각각 독립적으로 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기이고, 또 R2 및 R3의 탄소원자수의 합이 3 또는 4인 코발트 화합물；R1이 제3급 부틸기이고, R2 및 R3이 각각 독립적으로 탄소수 1~4의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기이고, 또 R2 및 R3의 탄소원자수의 합이 4 또는 5인 코발트 화합물은, 융점이 특히 낮고, 또 저온에서 보다 분해하기 쉬운 특성을 갖는다. 또한, R1이 이소프로필기이고, R2가 메틸기이며, R3이 에틸기인 코발트 화합물；R1이 제3부틸기이고, R2가 에틸기이며, R3이 에틸기인 코발트 화합물은, 저온에서 보다 분해하기 쉬운 특성을 갖는다.
한편, MOD법에 의한 성막방법을 이용하는 경우, 코발트 화합물은, 사용되는 용매에 대한 용해성 등이 우수한 특성을 갖는 것이 바람직하지만, 상기와 같은 구조를 갖는 코발트 화합물이면, 이와 같은 특성을 일반적으로 갖는다. MOD법에 특히 적합한 코발트 화합물은, 사용되는 용매의 종류, 박막 형성반응 등에 따라서, 화학식(I)의 R1~R3을 적절히 선택하는 것에 의해 용이하게 얻을 수 있다.
본 발명의 코발트 화합물의 구체예로서는, 하기 화합물 No. 1 ~ No. 30을 들 수 있다. 단, 본 발명의 코발트 화합물은, 이하의 예시화합물에 의해 조금도 한정되지 않는다. 하기 화학식에서,「Me」는 메틸기를 나타내고, 「Et」는 에틸기를 나타내며, 「iPr」는 이소프로필기를 나타내고, 「iBu」는 이소부틸기를 나타내며, 「sBu」는 제2급 부틸기를 나타내고, 「ｔBu」는 제3급 부틸기를 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
본 발명의 코발트 화합물의 제조 방법은, 특히 한정되지 않고, 주지의 반응을 응용하여 제조할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 코발트 화합물은, 아미노알코올을 사용한 주지의 알콕사이드 화합물의 합성방법을 응용하는 것에 의해 제조할 수 있다. 예컨대, 코발트의 할로겐화물, 질산염 등의 무기염 또는 그의 수화물과, 소정의 배위자를 부여하는 아미노알코올 화합물을, 나트륨, 수소화나트륨, 나트륨아미드, 수산화나트륨, 나트륨메틸라토, 암모니아, 아민 등의 염기 존재하에서 반응시키는 방법；코발트의 할로겐화물, 질산염 등의 무기염 또는 그의 수화물과, 소정의 배위자를 부여하는 알코올 화합물의 나트륨알콕사이드, 리튬알콕사이드, 칼륨알콕사이드 등의 알칼리 금속 알콕사이드를 반응시키는 방법；코발트의 메톡사이드, 에톡사이드, 이소프로폭사이드, 부톡사이드 등의 저분자 알코올의 알콕사이드 화합물과, 소정의 배위자를 부여하는 알코올 화합물을 교환반응시키는 방법；코발트의 할로겐화물, 질산염 등의 무기염과, 반응성 중간체를 부여하는 유도체를 반응시켜서 반응성 중간체를 얻은 후, 이 반응성 중간체와 소정의 배위자를 부여하는 알코올 화합물을 반응시키는 방법 등을 들 수 있다. 여기서, 상기 반응성 중간체로서는, 비스(디알킬아미노)코발트, 비스(비스(트리메틸실릴)아미노)코발트 등의 코발트의 아미드 화합물을 들 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 코발트 화합물은, 융점이 낮고, 액체 상태에서 수송이 가능하며, 저온에서 분해시킬 수 있으며, 더구나 증기압이 커서 기화시키기 쉽기 때문에, 박막의 각종 제조방법, 특히 기상 박막 형성법에 의해 형성되는 박막에 코발트를 공급하는 박막 형성용 원료로서 적합하다.
본 발명의 박막 형성용 원료는, 상기 화학식(I)으로 표시되는 본 발명의 코발트 화합물을 프리커서로서 함유한다. 여기서, 본 발명의 박막 형성용 원료의 성분은, 제조하는 박막의 종류에 따라서 상이하고, 금속으로서 코발트만을 포함하는 박막을 형성하는 경우, 본 발명의 박막 형성용 원료는, 상기 화학식(I)으로 표시되는 코발트 화합물만을 프리커서로서 함유하며, 코발트 화합물 이외의 금속 화합물 및 반금속 화합물을 함유하지 않는다. 한편, 금속으로서 코발트 및 코발트 이외의 금속 및/또는 반금속을 포함하는 박막을 형성하는 경우, 본 발명의 박막 형성용 원료는, 상기 화학식(I)으로 표시되는 코발트 화합물에 더하여, 코발트 이외의 금속을 포함하는 화합물 및/또는 반금속을 포함하는 화합물(이하,「다른 프리커서」라함)을 함유한다.
본 발명의 박막 형성용 원료가 다른 프리커서를 함유하는 경우, 다른 프리커서의 함유량은, 상기 화학식(I)으로 표시되는 코발트 화합물 1몰에 대하여, 바람직하게는 0.01몰~10몰, 보다 바람직하게는 0.1몰~5몰이다.
또, 본 발명의 박막 형성용 원료는, 후술하는 바와 같이, 유기 용제 및/또는 친핵성(구핵성) 시약을 함유할 수 있다.
본 발명의 박막 형성용 원료는, 상기 설명과 같이, 프리커서인 본 발명의 코발트 화합물의 물성이, 기상 박막 형성법, 특히 CVD법이나 ALD법에 적합하고 있기 때문에, 이 형성법에 사용될 수 있는 원료(이하,「기상 박막 형성용 원료」라함)로서 특히 유용하다.
본 발명의 박막 형성용 원료가 기상 박막 형성용 원료인 경우, 그 형태는 사용되는 기상 박막 형성법의 수송공급 방법 등의 수법에 따라서 적절히 선택된다.
상기 수송공급 방법으로서는, 기상 박막 형성용 원료를 원료용기 중에서 가열 및/또는 감압하는 것에 의해 기화시키고, 필요에 따라서 사용될 수 있는 아르곤, 질소, 헬륨 등의 캐리어 가스와 함께, 기판이 설치된 성막 챔버 내로 공급하는 기체수송법；기상 박막 형성용 원료를 액체 상태에서 기화실까지 수송하고, 기화실에서 가열 및/또는 감압하는 것에 의해 기화시켜서, 기판이 설치된 성막 챔버로 공급하는 액체수송법이 있다.
기체수송법의 경우, 가열 및/또는 감압하는 것에 의해 기화시킬 수 있는 기상 박막 형성용 원료가 사용될 수 있다. 한편, 액체수송법의 경우, 상온상압하에서 액체 상태인 기상 박막 형성용 원료가 사용될 수 있다. 따라서, 액체수송법의 경우, 상온상압하에서 코발트 화합물이 액체상이라면, 액체상의 코발트 화합물을 기상 박막 형성용 원료로서 사용할 수 있지만, 상온상압하에서 코발트 화합물이 고체라면, 유기 용제에 용해시킨 코발트 화합물을 기상 박막 형성용 원료로서 사용한다.
또, 다성분계의 기상 박막 형성법에서는, 각 성분을 개별적으로 기화, 공급하는 방법(이하,「싱글소스법」이라함)과, 각 성분을 미리 소망하는 조성으로 혼합한 혼합원료를 기화하여, 공급하는 방법(이하,「칵테일소스법」이라함)이 있다. 칵테일소스법의 경우, 본 발명의 코발트 화합물과 다른 프리커서와의 혼합물, 또는 이들의 혼합물에 유기 용제를 가한 혼합 용액이 기상 박막 형성용 원료로서 사용될 수 있다.
본 발명의 박막 형성용 원료에 사용될 수 있는 유기 용제로서는, 특히 한정되지 않고, 당해 기술분야에서 주지의 일반적인 유기 용제를 사용할 수 있다. 유기 용제의 예로서는, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 아세트산메톡시에틸 등의 아세트산에스테르류；테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디부틸에테르, 디옥산 등의 에테르류；메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 에틸부틸케톤, 디프로필케톤, 디이소부틸케톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥산온, 메틸시클로헥산온 등의 케톤류；헥산, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 디메틸시클로헥산, 에틸시클로헥산, 헵탄, 옥탄, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소류；1-시아노프로판, 1-시아노부탄, 1-시아노헥산, 시아노시클로헥산, 시아노벤젠, 1,3-디시아노프로판, 1,4-디시아노부탄, 1,6-디시아노헥산, 1,4-디시아노시클로헥산, 1,4-디시아노벤젠 등의 시아노기를 갖는 탄화수소류；피리딘, 루티딘 등을 들 수 있다. 이들은, 용질의 용해성, 사용온도와 비점 및 인화점과의 관계 등에 따라서, 단독 또는 2종류 이상의 혼합용매로서 사용될 수 있다.
본 발명의 박막 형성용 원료가 유기 용제를 함유하는 경우, 유기 용제 중의 본 발명의 코발트 화합물 및 다른 프리커서의 합계량은, 바람직하게는 0.01몰/리터~2.0몰/리터, 보다 바람직하게는 0.05몰/리터~1.0몰/리터이다.
본 발명의 박막 형성용 원료에 사용될 수 있는 다른 프리커서로서는, 특히 한정되지 않고, 당해 기술분야에서 주지의 일반적인 프리커서를 사용할 수 있다. 다른 프리커서의 예로서는, 알코올 화합물, 글리콜 화합물, β-디케톤화합물, 시클로펜타디엔 화합물, 유기 아민 화합물, 케토이민 화합물 등의 1종류 또는 2종류 이상의 유기 배위 화합물과, 규소나 금속(단, 코발트를 제외함)과의 화합물을 들 수 있다. 금속종으로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 오스뮴, 루테늄, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 코발트, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석, 납, 안티몬, 비스무트, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에루븀, 툴륨, 이테르븀 등을 들 수 있다.
다른 프리커서의 유기 배위자를 부여하는 알코올 화합물로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 제2급 부틸알코올, 이소부틸알코올, 제3급 부틸알코올, 펜틸알코올, 이소펜틸알코올, 제3급펜틸알코올 등의 알킬 알코올류；2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-메톡시-1-메틸에탄올, 2-메톡시-1,1-디메틸에탄올, 2-에톡시-1,1-디메틸에탄올, 2-이소프로폭시-1,1-디메틸에탄올, 2-부톡시-1,1-디메틸에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)-1,1-디메틸에탄올, 2-프로폭시-1,1-디에틸에탄올, 2-s-부톡시-1,1-디에틸에탄올, 3-메톡시-1,1-디메틸프로판올 등의 에테르 알코올류；1-디메틸아미노-2-프로판올, 1-에틸메틸아미노-2-프로판올, 1-디에틸아미노-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로판올, 1-에틸메틸아미노-2-메틸-2-프로판올, 1-디에틸아미노-2-메틸-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-부탄올, 1-에틸메틸아미노-2-부탄올, 1-디에틸아미노-2-부탄올, 1-디메틸아미노-2-메틸-2-부탄올, 1-에틸메틸아미노-2-메틸-2-부탄올, 1-디에틸아미노-2-메틸-2-부탄올 등의 아미노알코올류 등을 들 수 있다.
다른 프리커서의 유기 배위자를 부여하는 글리콜 화합물로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 1,2-에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 2,4-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 2,4-부탄디올, 2,2-디에틸-1,3-부탄디올, 2-에틸-2-부틸-1,3-프로판디올, 2,4-펜탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2,4-헥산디올, 2,4-디메틸-2,4-펜탄디올 등을 들 수 있다.
다른 프리커서의 유기 배위자를 부여하는 β-디케톤 화합물로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 아세틸아세톤, 헥산-2,4-디온, 5-메틸헥산-2,4-디온, 헵탄-2,4-디온, 2-메틸헵탄-3,5-디온, 2,6-디메틸헵탄-3,5-디온 등의 알킬 치환 β-디케톤류；1,1,1-트리플루오로펜탄-2,4-디온, 1,1,1-트리플루오로-5,5-디메틸헥산-2,4-디온, 1,1,1,5,5,5-헥사플루오로펜탄-2,4-디온, 1,3-디퍼플루오로헥실프로판-1,3-디온 등의 불소 치환 알킬 β-디케톤류；1,1,5,5-테트라메틸-1-메톡시헥산-2,4-디온, 2,2,6,6-테트라메틸-1-메톡시헵탄-3,5-디온, 2,2,6,6-테트라메틸-1-(2-메톡시에톡시)헵탄-3,5-디온 등의 에테르치환 β-디케톤류 등을 들 수 있다.
다른 프리커서의 유기 배위자를 부여하는 시클로펜타디엔 화합물로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 시클로펜타디엔, 메틸시클로펜타디엔, 에틸시클로펜타디엔, 프로필시클로펜타디엔, 이소프로필시클로펜타디엔, 부틸시클로펜타디엔, 제2급 부틸시클로펜타디엔, 이소부틸시클로펜타디엔, 제3급 부틸시클로펜타디엔, 디메틸시클로펜타디엔, 테트라메틸시클로펜타디엔 등을 들 수 있다.
다른 프리커서의 유기 배위자를 부여하는 유기 아민 화합물로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 제2급 부틸아민, 제3급 부틸아민, 이소부틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, 에틸메틸아민, 프로필메틸아민, 이소프로필메틸아민, 에틸렌디아민, N,N-디메틸에틸렌디아민 등을 들 수 있다.
다른 프리커서의 유기 배위자를 부여하는 케토이민 화합물로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 상술한 β-디케톤 화합물과 유기 아민 화합물과의 반응물을 들 수 있다. 구체적으로는, 아세틸아세톤과 N,N-디메틸에틸렌디아민을 염화수소 존재하에서 반응시키는 것으로 얻을 수 있는 케토이민 화합물 등을 사용할 수 있다.
싱글소스법을 이용하는 경우, 다른 프리커서는, 본 발명의 코발트 화합물과 열 및/또는 산화분해의 거동이 유사한 것이 바람직하다. 또, 칵테일소스법을 이용하는 경우, 다른 프리커서는, 본 발명의 코발트 화합물과 열 및/또는 산화분해의 거동이 유사한 것에 더하여, 혼합시에 화학반응에 의한 변질을 유발하지 않는 것이 바람직 하다.
다른 프리커서 중에서도, 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄을 금속종으로서 갖는 프리커서는, 하기의 화학식(III-1)~(III-5)으로 표시된다.
Figure pct00006
상기 화학식(III-1)~(III-5) 중, M1은, 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄를 나타내며, Ra 및 Rb는, 각각 독립적으로, 할로겐 원자로 치환되어도 좋고, 사슬 중에 산소원자를 포함하고 있어도 좋은 탄소수 1~20의 알킬기를 나타내며, Rc는 탄소수 1~8의 알킬기를 나타내고, Rd는 탄소수 2~18의 분기되어도 좋은 알킬렌기를 나타내며, Re 및 Rf는, 각각 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1~3의 알킬기를 나타내고, Rg, Rh, Rk 및 Rj는, 각각 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내며, ｐ는 0~4의 정수를 나타내고, ｑ는 0 또는 2를 나타내며, ｒ은 0~3의 정수를 나타내고, s는 0~4의 정수를 나타내며, ｔ는 1~4의 정수를 나타낸다.
상기 화학식(III-1)~(III-5)에서, Ra 및 Rb으로 표시되는, 할로겐 원자로 치환되어도 좋고, 사슬 중에 산소원자를 포함하고 있어도 좋은 탄소수 1~20의 알킬기로서는, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2급 부틸, 제3급 부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제2급 아밀, 제3급아밀, 헥실, 시클로헥실, 1-메틸시클로헥실, 헵틸, 3-헵틸, 이소헵틸, 제3급헵틸, ｎ-옥틸, 이소옥틸, 제3급옥틸, 2-에틸헥실, 트리플루오로메틸, 퍼플루오로헥실, 2-메톡시에틸, 2-에톡시에틸, 2-부톡시에틸, 2-(2-메톡시에톡시)에틸, 1-메톡시-1,1-디메틸메틸, 2-메톡시-1,1-디메틸에틸, 2-에톡시-1,1-디메틸에틸, 2-이소프로폭시-1,1-디메틸에틸, 2-부톡시-1,1-디메틸에틸, 2-(2-메톡시에톡시)-1,1-디메틸에틸 등을 들 수 있다.
또, Rc로 표시되는 탄소수 1~8의 알킬기로서는, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2급 부틸, 제3급 부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제2급 아밀, 제3급아밀, 헥실, 1-에틸펜틸, 시클로헥실, 1-메틸시클로헥실, 헵틸, 이소헵틸, 제3급헵틸, ｎ-옥틸, 이소옥틸, 제3급옥틸, 2-에틸헥실 등을 들 수 있다.
또, Rd로 표시되는 탄소수 2~18의 분기되어도 좋은 알킬렌기로는, 글리콜에 의해 부여되는 기이고, 상기 글리콜로서는, 예컨대, 1,2-에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 2,4-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-부탄디올, 2-에틸-2-부틸-1,3-프로판디올, 2,4-펜탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1-메틸-2,4-펜탄디올 등을 들 수 있다.
또, Re 및 Rf로 표시되는 탄소수 1~3의 알킬기로서는, 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필를 들 수 있다.
또, Rg, Rh, Rj 및 Rk로 표시되는 탄소수 1~4의 알킬기로서는, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2급 부틸, 제3급 부틸, 이소부틸을 들 수 있다.
티타늄을 금속종으로서 갖는 프리커서의 구체예로서는, 테트라키스(에톡시)티타늄, 테트라키스(2-프로폭시)티타늄, 테트라키스(부톡시)티타늄, 테트라키스(제2급 부톡시)티타늄, 테트라키스(이소부톡시)티타늄, 테트라키스(제3급 부톡시)티타늄, 테트라키스(제3급아밀)티타늄, 테트라키스(1-메톡시-2-메틸-2-프로폭시)티타늄 등의 테트라키스알콕시티타늄류；테트라키스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, (2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄 등의 테트라키스 β-디케토나토티타늄류；비스(메톡시)비스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, 비스(에톡시)비스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, 비스(제3급 부톡시)비스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, 비스(메톡시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(에톡시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(2-프로폭시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3급 부톡시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3급아밀록시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(메톡시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(에톡시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(2-프로폭시)비스(2,6, 6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3급부톡시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3급아밀록시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄 등의 비스(알콕시)비스(β디케토나토)티타늄류；(2-메틸펜탄디옥시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, (2-메틸펜탄디옥시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄 등의 글리콕시비스(β디케토나토)티타늄류；(메틸시클로펜타디엔일)트리스(디메틸아미노)티타늄, (에틸시클로펜타디엔일)트리스(디메틸아미노)티타늄, (시클로펜타디엔일)트리스(디메틸아미노)티타늄, (메틸시클로펜타디엔일)트리스(에틸메틸아미노)티타늄, (에틸시클로펜타디엔일)트리스(에틸메틸아미노)티타늄, (시클로펜타디엔일)트리스(에틸메틸아미노)티타늄, (메틸시클로펜타디엔일)트리스(디에틸아미노)티타늄, (에틸시클로펜타디엔일)트리스(디에틸아미노)티타늄, (시클로펜타디엔일)트리스(디에틸아미노)티타늄 등의 (시클로펜타디엔일)트리스(디알킬아미노)티타늄류；(시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄, (메틸시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄, (에틸시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄, (프로필시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄, (이소프로필시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄, (부틸시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄, (이소부틸시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄, 제3급 부틸(시클로펜타디엔일)트리스(메톡시)티타늄 등의 (시클로펜타디엔일)트리스(알콕시)티타늄류 등을 들 수 있다. 지르코늄 또는 하프늄을 금속종으로서 갖는 프리커서의 구체예로서는, 상기 티타늄을 포함하는 프리커서로서 예시한 화합물에서의 티타늄을, 지르코늄 또는 하프늄으로 치환한 화합물을 들 수 있다.
또, 다른 프리커서 중에서도, 희토류 원소를 금속종으로서 갖는 프리커서는, 하기의 화학식(IV-1)~(IV-3)으로 표시된다.
Figure pct00007
상기 화학식(IV-1)~(IV-3) 중, M2는, 희토류 원자를 나타내고, Ra 및 Rb는, 각각 독립적으로, 할로겐 원자로 치환되어도 좋고, 사슬 중에 산소원자를 포함하고 있어도 좋은 탄소수 1~20의 알킬기를 나타내고, Rc는 탄소수 1~8의 알킬기를 나타내고, Re 및 Rf는, 각각 독립적으로, 수소원자 또는 탄소수 1~3의 알킬기를 나타내고, Rg 및 Rj는, 각각 독립적으로, 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내고, p'는 0~3의 정수를 나타내며, r'는 0~2의 정수를 나타낸다.
상기 화학식(IV-1)~(IV-3)에서, M2로 표시되는 희토류 원자로서는, 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에루븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬을 들 수 있다.
또, Ra, Rb, Rc, Re, Rf, Rg 및 Rj으로 표시되는 기로서는, 상기 티타늄 등을 금속종으로서 갖는 프리커서에서 예시한 기를 들 수 있다.
본 발명의 박막 형성용 원료는, 필요에 따라서, 본 발명의 코발트 화합물 및 다른 프리커서의 안정성을 부여하기 위하여, 친핵성 시약을 함유하여도 좋다. 친핵성 시약으로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 글라임, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임 등의 에틸렌글리콜에테르류；18-크라운-6,디시클로헥실-18-크라운-6, 24-크라운-8, 디시클로헥실-24-크라운-8, 디벤조-24-크라운-8 등의 크라운에테르류；에틸렌디아민, N,N'-테트라메틸에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 1,1,4,7,7-펜타메틸디에틸렌트리아민, 1,1,4,7,10,10-헥사메틸트리에틸렌테트라민, 트리에톡시트리에틸렌아민 등의 폴리아민류；사이클람(cyclam), 사이클렌(cyclen) 등의 환상 폴리아민류; 피리딘, 피롤리딘, 피페리딘, 모르폴린, N-메틸피롤리딘, N-메틸피페리딘, N-메틸모르폴린, 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 1,4-디옥산, 옥사졸, 티아졸, 옥사티올란 등의 복소환 화합물류; 아세토아세트산메틸, 아세토아세트산에틸, 아세토아세트산-2-메톡시에틸 등의 β-케토에스테르류; 아세틸아세톤, 2,4-헥산디온, 2,4-헵탄디온, 3,5-헵탄디온 등의 β-디케톤류를 들 수 있다.
친핵성 시약의 사용량은, 프리커서 1몰에 대하여, 통상 0.1몰~10몰, 바람직하게는 1~4몰의 범위에서 사용된다.
본 발명의 박막 형성용 원료는, 상기 성분 이외의 불순물 금속 원소분, 불순물 염소 등의 불순물 할로겐분, 및 불순물 유기분을 극력 함유하지 않는 것이 바람직하다. 불순물 금속 원소분은, 원소 마다로는 100 ppb 이하가 바람직하고, 10 ppb 이하가 보다 바람직하고, 총량으로는 1 ppm 이하가 바람직하고, 100 ppb 이하가 보다 바람직하다. 특히, 본 발명의 박막 형성용 원료를 사용하여 LSI의 게이트 절연막, 게이트막, 배리어층 등을 형성하는 경우, 얻을 수 있는 박막의 전기적 특성에 영향이 있는 알칼리 금속 원소, 알칼리토류 금속 원소 및 동족원소의 함유량을 적게 하는 것이 필요하다. 불순물 할로겐분은, 100 ppm 이하가 바람직하고, 10 ppm 이하가 보다 바람직하고, 1 ppm 이하가 더욱 바람직하다. 불순물 유기분은, 총량으로 500 ppm 이하가 바람직하고, 50 ppm 이하가 보다 바람직하고, 10 ppm 이하가 더욱 바람직하다.
또, 박막 형성용 원료 중의 수분은, 박막 형성용 원료 중에서의 파티클 발생이나, 박막 형성 중에서의 파티클 발생의 원인으로 되기 때문에, 프리커서, 유기 용제 및 친핵성 시약에 관해서는, 각각의 수분의 저감을 위하여, 사용시에 미리 가능한한 수분을 제거하는 편이 좋다. 프리커서, 유기 용제 및 친핵성 시약 각각의 수분량은, 10 ppm 이하가 바람직하고, 1 ppm 이하가 더욱 바람직하다.
또, 본 발명의 박막 형성용 원료는, 형성되는 박막의 파티클 오염을 저감 또는 방지하기 위하여, 파티클을 극력 함유하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 액상에서의 광산란식 액중 입자 검출기에 의한 파티클 측정에서, 0.3μｍ보다 큰 입자의 수가 액상 1mL 중에 100개 이하인 것이 바람직하고, 0.2μｍ보다 큰 입자의 수가 액상 1mL 중에 1000개 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.2μｍ보다 큰 입자의 수가 액상 1mL 중에 100개 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 박막의 제조방법은, 본 발명의 박막 형성용 원료를 사용하여 행해진다. 본 발명의 박막 형성용 원료를 사용하여 행해지는 본 발명의 박막의 제조방법으로서는, 특히 한정되지 않고, 도포열분해법이나 졸겔법 등의 MOD법；ALD법이나 CVD법 등의 기상 박막 형성법 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 조성 제어성 및 단차피복성이 우수한 점, 양산화에 적합한 점, 하이브리드 집적이 가능한 점 등의 많은 장점을 갖는 기상 박막 형성법이 바람직하다.
기상 박막 형성법을 사용하여 행해지는 본 발명의 박막의 제조방법은, 본 발명의 박막 형성용 원료를 기화시키는 것에 의해, 코발트 화합물을 함유하는 증기를 얻는 공정과, 상기 증기를 기판과 접촉시키는 것에 의해, 상기 코발트 화합물을 분해 및/또는 화학반응시켜서 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함한다. 여기서, 박막의 형성은, 일반적으로, 기판이 설치된 성막챔버 내에서 행해진다. 또, 코발트 화합물을 함유하는 증기와 함께 반응성 가스를 필요에 따라서 성막 챔버내로 공급하는 것에 의해 박막을 형성하여도 좋다. 또한, 박막 형성용 원료는, 상기에서 설명한 바와 같은, 기체수송법, 액체수송법, 싱글소스법, 칵테일소스법을 이용하여, 기판이 설치된 성막 챔버로 공급하면 좋다.
기상 박막 형성법으로서는, 원료 가스(기화시킨 박막 형성용 원료) 또는 원료 가스와 반응성 가스를 열만을 이용하여 반응시켜서 박막을 형성하는 열 CVD법；열 및 플라즈마를 이용하는 플라즈마 CVD법；열 및 광을 이용하는 광 CVD법；열, 광 및 플라즈마를 사용하는 광플라즈마 CVD법；CVD의 퇴적반응을 소과정으로 나눠어서, 분자레벨에서 단계적으로 퇴적을 행하는 ALD법을 들 수 있다.
필요에 따라서 사용될 수 있는 반응성 가스로서는, 특히 한정되지 않지만, 예컨대, 산소, 오존, 이산화질소, 일산화질소, 수증기, 과산화수소, 포름산, 아세트산, 무수 아세트산 등의 산화성 가스；수소 등의 환원성 가스를 들 수 있다. 또, 질화물을 포함하는 박막을 형성하는 경우, 반응성 가스로서, 모노알킬아민, 디알킬아민, 트리알킬아민, 알킬렌디아민 등의 유기 아민 화합물, 히드라진, 암모니아 등 을 사용하면 좋다. 반응성 가스는, 1종류 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
성막 챔버 내에서의 성막 조건으로서는, 특히 한정되지 않고, 사용하는 장치 및 원료의 종류에 따라서 적절히 설정하면 좋다. 박막의 제조 장치로서는, 특히 한정되지 않고, 당해 기술분야에서 주지의 화학기상성장법용 장치 등의 기상 박막 형성 장치를 이용이용할 수 있다. 박막의 제조 장치의 예로서는, 박막 형성용 원료를 버블링 공급하는 것이 가능한 기상 박막 형성 장치, 박막 형성용 원료를 기화시키는 기화실을 갖는 기상 박막 형성 장치, 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능한 기상 박막 형성 장치 등을 들 수 있다. 이들의 장치는, 매엽식 장치에 한정되지 않고, 뱃치로를 이용한 다수매 동시 처리 가능한 장치일 수 있다.
성막 조건으로서는, 일반적으로, 반응온도(기판온도), 반응압력, 퇴적속도 등을 들 수 있다.
반응온도로서는, 본 발명의 코발트 화합물 등이 충분하게 반응하는 온도인 100℃ 이상이 바람직하고, 100℃~400℃가 보다 바람직하다.
반응압력으로서는, 열 CVD나 광 CVD의 경우, 대기압~10Pa가 바람직하고, 플라즈마를 사용하는 경우는, 2000Pa~10Pa가 바람직하다.
퇴적속도는, 원료의 공급 조건(기화온도, 기화압력), 반응온도, 반응압력에 의해 제어할 수 있다. 퇴적속도는, 너무 크면, 얻을 수 있는 박막의 특성이 악화하는 경우가 있고, 또, 너무 작으면, 생산성에 문제가 생기는 경우가 있다. 그 때문에, 퇴적속도는, 0.01 nm/분~5000 nm/분이 바람직하고, 0.1 nm/분~1000 nm/분이 보다 바람직하다. 또, ALD법의 경우는, 소망하는 막 두께를 얻을 수 있도록 사이클의 회수로 제어하면 좋다.
예컨대, ALD법을 이용하여 산화코발트 박막을 형성하는 경우, 본 발명의 박막 형성용 원료를 사용하여 전구체 박막을 형성한다. 구체적으로는, 본 발명의 박막 형성용 원료를 기화시키는 것에 의해, 코발트 화합물을 함유하는 증기를 얻은 후, 이 증기를 기판과 접촉시키는 것에 의해, 코발트 화합물을 분해 및/또는 화학반응시켜서 기판 상에 전구체 박막을 형성한다(전구체 박막 형성 공정). 이때, 기판을 가열하든가 또는 성막 챔버를 가열하여 열을 가하여도 좋다. 기판온도는, 실온~500℃가 바람직하고, 150℃~350℃가 보다 바람직하다. 또, 성막 챔버 내의 압력은 1Pa~10000Pa가 바람직하고, 10Pa~1000Pa가 보다 바람직하다. 형성되는 전구체 박막은, 코발트 화합물의 일부가 분해 및/또는 반응하여 생성한 박막이고, 목적하는 산화코발트 박막과는 상이한 조성을 갖는다.
다음에, 성막 챔버로부터 미반응의 원료 가스나 부생한 가스를 배기한다(배기공정). 미반응의 원료 가스나 부생한 가스는, 성막 챔버 내로부터 완전히 배기되는 것이 이상적이지만, 반드시 완전히 배기될 필요는 없다. 배기방법으로서는, 질소, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스에 의해 성막 챔버 내를 퍼지하는 방법, 성막 챔버 내를 감압하는 것으로 배기하는 방법, 이들을 조합한 방법 등을 들 수 있다. 감압하는 경우, 감압도는, 0.01Pa~300Pa가 바람직하고, 0.01Pa~100Pa가 보다 바람직하다.
이어, 성막 챔버내로 반응성 가스를 공급하고, 반응성 가스 또는 반응성 가스 및 열의 작용에 의해, 전구체 박막으로부터 산화코발트 박막을 형성하는(산화코발트 박막 형성 공정). 이때, 가열온도는, 실온~500℃가 바람직하고, 150℃~350℃가 보다 바람직하다. 본 발명의 코발트 화합물은, 수소, 산소 및 오존으로 대표되는 반응성 가스와의 반응성이 양호하고, 산화코발트 박막이나 코발트 박막을 효율 좋게 형성 이용할 수 있다.
산화코발트 박막의 제조에서, 상기와 같이 ALD법을 이용한 경우, 전구체 박막 형성 공정, 배기공정, 및 산화코발트 박막 형성 공정을 포함하는 일련의 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을, 필요한 막 두께의 산화코발트 박막을 얻을 수 있을 때까지 복수회 반복하여도 좋다. 이 경우, 1사이클 행한 후, 상기 배기공정과 동일하게 하여, 성막 챔버로부터 미반응의 원료 가스, 반응성 가스 및 부생한 가스를 배기하고 나서, 다음 사이클을 행하는 것이 바람직하다.
또, ALD법을 이용한 산화코발트 박막의 제조방법에서는, 플라즈마, 광, 전압 등의 에너지를 인가하여도 좋다. 에너지를 인가하는 타이밍은, 특히 한정되지 않고, 예컨대, 각 공정의 사이 또는 각 공정 중에 행할 수 있다.
또, 본 발명의 박막의 제조방법에서는, 박막을 형성한 후, 보다 양호한 전압특성을 얻기 위해서, 불활성 분위기하, 산화성 분위기하 또는 환원성 분위기하에서 어닐링 처리를 행하여도 좋고, 실리사이드화하여도 좋다. 또, 단차 매립이 필요한 경우에는, 리플로우 공정을 제공하여도 좋다. 이 경우의 온도는, 통상 200℃~1000℃이고, 250℃~500℃가 바람직하다.
본 발명의 박막 형성용 원료를 사용한 본 발명의 박막의 제조방법에 의해 제조되는 박막은, 다른 프리커서, 반응성 가스 및 제조 조건 등을 적절히 선택하는 것에 의해, 메탈, 산화물 세라믹, 질화물 세라믹, 글래스 등의 소망하는 종류의 박막으로 할 수 있다. 구체적으로는, 금속 코발트, 코발트계 산화물, 코발트계 질화물이나, Co-Cr, Co-Fe, Co-Ni와 같은 코발트계 합금 등의 박막을 제조할 수 있다. 이들의 박막의 용도로서는, 저항막, 접착막, 초경량공구, 자성막, 자석 및 IC 리드 프레임 등을 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은, 이하의 실시예 등에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1: 화합물 No. 7)
200mL의 4구 플라스크에, 염화코발트(II) 10.8g(0.079mol), 및 테트라히드로푸란 55.1g을 투입하고, 실온하에서 교반하였다. 그 중에, 1-(에틸(메틸)아미노)부탄-2-올을 사용하여 제조하여 얻은 나트륨 알콕사이드 25.6g(0.167mol)을 테트라히드로푸란 48.6g으로 희석한 용액을 빙냉하에서 적하하였다. 적하 종료후, 혼합액을 실온하에서 21시간 교반하고, 톨루엔 69.7g을 가하여 교반한 후, 여과를 행하였다. 얻어진 여액으로부터 용매를 제거하고, 잔사를 배쓰온도 205℃, 압력 40Pa, 탑정 온도 155℃에서 증류하여, 암자색 점성 액체인 목적물(화합물 No.7)을 얻었다. 수량은 8.23g, 수율은 34%이었다.
얻어진 목적물(화합물 No.7)에 관하여 원소분석(금속 분석: ICP-AES, 염소분석: TOX)을 행하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다.
코발트 : 19.1질량%(이론치 18.5질량%)
C: 51.3질량%, H: 10.3질량%, N: 8.5질량%(이론치 C: 52.7질량%, H: 10.1질량%, N: 8.8질량%)
염소: 10ppm 미만
(실시예 2: 화합물 No.12)
100mL의 3구 플라스크에, 염화코발트(II) 1.13g(8.27 mmol), 및 테트라히드로푸란 15.3g을 투입하고, 실온하에서 교반하였다. 그 중에, 1-(에틸(메틸)아미노)-3-메틸부탄-2-올을 사용하여 제조하여 얻은 나트륨 알콕사이드 2.90g(17.3 mmol)을 테트라히드로푸란 18.0g으로 희석한 용액을 빙냉하에서 적하하였다. 적하 종료후, 혼합액을 실온하에서 21시간 교반하고, 여과를 행하였다. 얻어진 여액으로부터 용매를 제거하고, 잔사를 배쓰온도 145℃, 압력 25Pa, 탑정 온도 107℃에서 증류하여, 진한 자색 점성 액체인 목적물(화합물 No.12)을 얻었다. 수량은 0.42g, 수율은 14%이었다.
얻어진 목적물(화합물 No.12)에 관하여 원소분석(금속분석: ICP-AES, 염소분석: TOX)을 행하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다.
코발트 : 17.4질량%(이론치 16.7질량%)
C: 55.9질량%, H: 10.9질량%, N: 7.8질량%(이론치 C: 55.3질량%, H: 10.4질량%, N: 8.1질량%)
염소: 10ppm 미만
(실시예 3: 화합물 No.14)
100mL의 3구 플라스크에, 비스(비스(트리메틸실릴)아미노)코발트 (II) 1.00g(2.63 mmol) 및 톨루엔 10g을 투입하고, 그 중에 1-디에틸아미노)-3-메틸부탄-2-올 0.83g(5.26 mmol)을 실온하에서 적하하였다. 적하 종료후, 혼합액을 실온하에서 20시간 교반하였다. 배쓰온도 110℃, 감압하에서 용매 및 부생성물인 실라잔 화합물을 제거하여 진한 자색 점성 액체인 목적물(화합물 No.14)을 얻었다. 수량은 0.75g, 수율은 74%이었다.
얻어진 목적물(화합물 No.14)에 관하여 원소분석(금속분석: ICP-AES)을 행하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다.
코발트 : 16.2질량%(이론치 15.7질량%)
C: 57.5질량%, H: 10.4질량%, N: 7.9질량%(이론치 C: 57.6질량%, H: 10.7질량%, N: 7.5질량%)
(실시예 4: 화합물 No.17)
100mL의 3구 플라스크에, 비스(비스(트리메틸실릴)아미노)코발트 (II) 1.00g (2.63 mmol) 및 톨루엔 10g을 투입하고, 그 중에 1-(에틸(메틸)아미노)-4-메틸펜탄-2-올 0.87g (5.26 mmol)을 실온하에서 적하하였다. 적하 종료후, 혼합액을 실온하에서 20시간 교반하였다. 배쓰온도 110℃, 감압하에서 용매 및 부생성물인 실라잔 화합물을 제거하여 진한 자색 점성 액체인 목적물(화합물 No.17)을 얻었다. 수량은 0.80g, 수율은 81%이었다.
얻어진 목적물(화합물 No.17)에 관하여 원소분석(금속분석: ICP-AES)을 행하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다.
코발트 : 15.4질량%(이론치 15.7질량%)
C: 57.9질량%, H: 10.6질량%, N: 7.1질량%(이론치 C: 57.6질량%, H: 10.7질량%, N: 7.5질량%)
(실시예 5: 화합물 No.22)
200mL의 3구 플라스크에, 염화코발트(II) 3.95g(30.4 mmol), 및 테트라히드로푸란 29.1g을 투입하고, 실온하에서 교반하였다. 그 중에, 1-(에틸(메틸)아미노)-3-메틸펜탄-2-올을 사용하여 제조하여 얻은 나트륨 알콕사이드 10.7g (59.3 mmol)을 테트라히드로푸란 28.9g으로 희석한 용액을 빙냉하에서 적하하였다. 적하 종료후, 혼합액을 실온하에서 18시간 교반하고, 여과를 행하였다. 얻어진 여액으로부터 용매를 제거하고, 잔사를 배쓰온도 165℃, 압력 65Pa, 탑정 온도 147℃에서 증류하여, 자색 점성 액체인 목적물(화합물 No.22)을 얻었다. 수량은 1.42g, 수율은 13%이었다.
얻어진 목적물(화합물 No.22)에 관하여 원소분석(금속분석: ICP-AES, 염소분석: TOX)을 행하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다.
코발트 : 15.2질량%(이론치 15.7질량%)
C: 58.0질량%, H: 10.8질량%, N: 7.6질량%(이론치 C: 57.6질량%, H: 10.7질량%, N: 7.5질량%)
염소: 10ppm 미만
(실시예 6: 화합물 No.27)
100mL의 3구 플라스크에, 염화코발트(II) 2.90g (0.022mol), 및 테트라히드로푸란 17.6g을 투입하고, 실온하에서 교반하였다. 그 중에, 1-(에틸(메틸)아미노)-3,3-디메틸부탄-2-올을 사용하여 제조하여 얻은 나트륨 알콕사이드 7.97g (0.044mol)을 테트라히드로푸란 15.6g으로 희석한 용액을 빙냉하에서 적하하였다. 적하 종료후, 혼합액을 실온하에서 20시간 교반하고, 여과를 행하였다. 얻어진 여액으로부터 용매를 제거하고, 잔사를 배쓰온도 135℃, 압력 17Pa의 교반하에서 증류하여, 암적색 고체(융점 69℃)인 목적물(화합물 No.27)을 얻었다. 수량은 3.39g, 수율은 41%이었다.
얻어진 목적물(화합물 No.27)에 관하여 원소분석(금속분석: ICP-AES, 염소분석: TOX)을 행하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다.
코발트 : 15.9질량%(이론치 15.7질량%)
C: 57.9질량%, H: 10.4질량%, N: 7.6질량%(이론치 C: 57.6질량%, H: 10.7질량%, N: 7.5질량%)
염소: 10ppm 미만
(실시예 7: 화합물 No.29)
200mL의 3구 플라스크에, 염화코발트(II) 5.95g (45.8 mmol), 및 테트라히드로푸란 26.8g을 투입하고, 실온하에서 교반하였다. 그 중에, 1-(디에틸아미노)-3,3-디메틸부탄-2-올을 사용하여 제조하여 얻은 나트륨 알콕사이드 17.2g (88.3 mmol)을 테트라히드로푸란 22.9g으로 희석한 용액을 빙냉하에서 적하하였다. 적하 종료후, 혼합액을 실온하에서 16시간 교반하고, 여과를 행하였다. 얻어진 여액으로부터 용매를 제거하고, 잔사를 배쓰온도 150℃, 압력 40Pa, 탑정 온도 115℃에서 증류하여, 적자색 점성 액체인 목적물(화합물 No.29)을 얻었다. 수량은 7.59g, 수율은 43%이었다.
얻어진 목적물 (화합물 No.29)에 관하여 원소분석(금속분석: ICP-AES, 염소분석: TOX)을 행하였다. 그 결과를 하기에 나타낸다.
코발트 : 14.4질량%(이론치 14.6질량%)
C: 59.7질량%, H: 10.7질량%, N: 7.3질량%(이론치 C: 59.5질량%, H: 11.0질량%, N: 6.9질량%)
염소: 10ppm 미만
(비교예 1 및 2)
비교예 1로서 하기의 비교화합물 No.1, 비교예 2로서 하기의 비교화합물 No.2를, 주지의 방법에 준하여 각각 제조하였다.
Figure pct00008
상기의 실시예 및 비교예에서 얻어진 코발트 화합물에 관하여, 상온(30℃)에서의 상태(고체 상태인지 또는 액체 상태인지)를 육안으로 관찰하고, 고체 상태인 것에 관해서는, 미소융점측정장치를 이용하여 융점을 측정하였다.
또, 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 코발트 화합물에 관하여, DSC 측정장치를 이용하여 열분해가 발생하는 온도(열분해 발생온도)를 측정하는 것에 의해, 코발트 화합물의 열안정성을 평가하였다.
또, 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 코발트 화합물에 관하여, 상온 및 감압하에서 TG-DTA를 행하여, 샘플의 중량이 50% 감소했을 때의 온도를 측정하였다.
<상온 TG-DTA의 측정조건>
Ar 유량: 100mL/분
승온속도: 10℃/분
샘플량: 약 10ｍg
<감압 TG-DTA의 측정조건>
압력 : 10Torr
Ar 유량: 50mL/분
승온속도: 10℃/분
샘플량: 약 10ｍg
상기 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00009
표 1의 결과에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 코발트 화합물은 융점80℃, 비교예 2의 코발트 화합물은 융점이 100℃ 이상이었던 것에 대하여, 실시예 1~7의 코발트 화합물은 전부 비교예 1 및 비교예 2의 코발트 화합물보다도 융점이 낮았다. 그 중에서도, 실시예 1~5 및 7의 코발트 화합물은, 상온상압 상태에서 액체인 것을 알았다. 상온상압 상태에서 액체, 또는 융점이 낮은 박막 형성용 원료는 수송이 용이한 점에서, 실시예 1~7의 코발트 화합물은, 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 형성용 원료라 말할 수 있다.
또, 비교예 2의 코발트 화합물은, 열분해시키기 위하여 300℃의 가열이 필요한 것에 대하여, 실시예 1~7의 코발트 화합물은, 비교예 2의 코발트 화합물보다도 20~30% 정도 낮은 온도에서 분해시킬 수 있는 것을 확인하였다. 그 중에서도, 실시예 2 및 7의 코발트 화합물은, 230℃라고 하는 특히 낮은 온도에서 분해시킬 수 있음도 알았다.
또한, 실시예 1~7의 코발트 화합물은, 샘플의 중량이 50% 감소했을 때의 온도가 낮기 때문에, 높은 증기압을 나타내는 박막 형성용 원료라고 말할 수 있다.
(실시예 8: 열 CVD법에 의한 산화코발트 박막의 제조)
실시예 1~7의 코발트 화합물을 박막 형성용 원료로서 사용하고, 도 1에 도시하는 CVD 장치에서, 열 CVD법에 의해, 하기의 조건에서 Cu 기판 및 SiO2 기판 상에 산화코발트 박막을 형성하였다.
<조건>
원료용기 온도: 70℃
원료용기내 압력 : 100Pa
반응온도(기판온도): 300℃
반응성 가스: 없음
캐리어 가스: 아르곤 가스
<공정>
기화시킨 박막 형성용 원료의 증기를 성막 챔버에 공급하고, 성막 챔버 내의 압력 100Pa에서 8000초간 퇴적시켰다.
얻어진 박막에 관하여, X선 반사율법에 의한 막 두께 측정, X선 광전자 분광법에 의한 박막 구조 및 박막 조성의 확인을 행하였다. 그 결과, 단위 시간당 얻을 수 있는 막 두께는, 0.2~1.0 nm/분이고, 얻어진 박막은 전부 산화코발트 박막이었다.
이상의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 융점이 낮고, 액체 상태로 수송될 수 있으며, 저온에서 분해시킬 수 있고, 더구나 증기압이 커서 기화시키기 쉬운 코발트 화합물 및 그것을 이용한 박막 형성용 원료를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 양질의 코발트 함유 박막을 생산성 좋게 제조할 수 있는 박막의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 국제출원은, 2014년 5월 14일에 출원된 일본 특허출원 제2014-100607호를 기본으로 하여 우선권을 주장하고는 것이고, 이들의 일본국 특허출원의 전 내용을 본 국제출원에 원용한다.

Claims (3)

  1. 하기 화학식(I)으로 표시되는 코발트 화합물:

    식중, R1~R3은, 각각 독립적으로 탄소수 1~5의 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기를 나타냄.
  2. 제1항에 기재된 코발트 화합물을 함유하는 박막 형성용 원료.
  3. 제2항에 기재된 박막 형성용 원료를 기화시키는 것에 의해, 코발트 화합물을 함유하는 증기를 얻는 공정과,
    상기 증기를 기판과 접촉시키는 것에 의해, 상기 코발트 화합물을 분해 및/또는 화학반응시켜서 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정;을 포함하는 박막의 제조방법.
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