KR20210058289A - Tungsten Precursor, Method for Preparation of the Same, and Tungsten-Containing Thin Film, Method of Manufacturing the Same - Google Patents

Tungsten Precursor, Method for Preparation of the Same, and Tungsten-Containing Thin Film, Method of Manufacturing the Same Download PDF

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KR20210058289A
KR20210058289A KR1020190145565A KR20190145565A KR20210058289A KR 20210058289 A KR20210058289 A KR 20210058289A KR 1020190145565 A KR1020190145565 A KR 1020190145565A KR 20190145565 A KR20190145565 A KR 20190145565A KR 20210058289 A KR20210058289 A KR 20210058289A
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권철희
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Abstract

The present invention relates to a tungsten precursor, a manufacturing method thereof, a tungsten-containing thin film using the same, and a manufacturing method thereof. By using the tungsten precursor including a compound represented by chemical formula 1, it is possible to manufacture a high-quality tungsten-containing thin film with high durability and purity at low cost.

Description

텅스텐 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 텅스텐 함유 박막 및 이의 제조방법{Tungsten Precursor, Method for Preparation of the Same, and Tungsten-Containing Thin Film, Method of Manufacturing the Same}Tungsten Precursor, Method for Preparation of the Same, and Tungsten-Containing Thin Film, Method of Manufacturing the Same}

본 발명은 텅스텐 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 텅스텐함유 박막의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 텅스텐 전구체로 유용하게 사용될 수 있는 텅스텐 전구체 및 이의 제조방법과 상기 텅스텐 전구체를 이용한 텅스텐 함유 박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tungsten precursor, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a tungsten-containing thin film using the same, and more particularly, a tungsten precursor that can be usefully used as a tungsten precursor, a method for manufacturing the tungsten precursor, and a tungsten-containing thin film using the tungsten precursor, and It relates to a method of manufacturing the same.

급속도로 발전하는 정보화 사회에 있어서 대량의 정보를 보다 빠르게 처리하기 위해서는 데이터 전송속도가 높은 고집적 디바이스 장치가 요구되고 있으나, 디바이스 장치의 고집적화로 인하여 원하는 디바이스 장치의 특성을 확보하기가 어려워지고 있는 현실이다.In the rapidly developing information society, a highly integrated device device with a high data transmission speed is required to process a large amount of information more quickly, but it is a reality that it is difficult to secure the characteristics of the desired device device due to the high integration of the device device. .

즉, 메모리 및 비메모리 디바이스 소자의 집적도가 높아지고 그 구조가 점점 복잡해짐에 따라 박막의 높은 종횡비(high aspect ratio)와 우수한 단차피복성(step coverage)이 중요한 공정 요소로 평가되고 있지만, 종래 물리적 증착법(PVD)으로는 그 공정 특성상 단차피복성이 매우 불량한 단점이 있다.In other words, as the degree of integration of memory and non-memory device devices increases and the structure becomes increasingly complex, high aspect ratio and excellent step coverage of thin films are evaluated as important process factors, but conventional physical vapor deposition methods (PVD) has a disadvantage of very poor step coverage due to its process characteristics.

따라서 종래의 물리적 증착법으로는 미세하고 굴곡이 있는 패턴 상에 균일한 두께로 박막을 형성하는 것은 매우 어렵다. 즉, 상기 박막을 형성하여야 할 영역은 일반적으로 미세하고 굴곡이 있는 패턴 혹은 콘택홀의 표면이기 때문에 상기 물리적 증착법 공정을 적용하기에는 현실적으로 매우 어렵다.Therefore, it is very difficult to form a thin film with a uniform thickness on a fine and curved pattern by a conventional physical vapor deposition method. That is, since the area where the thin film is to be formed is generally a fine and curved pattern or a surface of a contact hole, it is practically very difficult to apply the physical vapor deposition process.

종래에 물리적 증착법의 대안으로서 널리 쓰이고 있는 박막 제조방법으로는 휘발성 유기금속 화합물을 사용하는 유기금속화학증착법(CVD)이 있다. 상기 CVD법은 이송가스(carrier gas)에 의한 버블링(bubbling) 방식이나 주입된 액체연료를 기화기(vaporizer)로 기화시키는 등 다양한 방법에 의해 기화된 유기금속 화합물이 가열된 기판에 흡착 후 분해되어 증착되는 원리이다.As an alternative to the conventional physical vapor deposition method, a widely used thin film manufacturing method is an organometallic chemical vapor deposition (CVD) method using a volatile organometallic compound. In the CVD method, an organometallic compound vaporized by various methods, such as bubbling by a carrier gas or vaporizing an injected liquid fuel with a vaporizer, is adsorbed on a heated substrate and then decomposed. It is the principle of deposition.

이러한 화학증착법은 고집적소자에 있어서 필수적인 높은 종횡비와 우수한 단차피복성을 갖기 때문에 기존의 스퍼터링과 열 증착법과 같은 물리적 증착법을 대체하고 있는 추세이며, 더욱 미세화된 초고집적 반도체 제조공정에서는 더 높은 종횡비와 단차피복성을 얻기 위해서 원차층증착법(ALD)을 적용하고 있다.These chemical vapor deposition methods are replacing the existing physical vapor deposition methods such as sputtering and thermal evaporation because they have a high aspect ratio and excellent step coverage, which are essential for highly integrated devices. In order to obtain coverage, an original layer deposition method (ALD) is applied.

원자층증착법(ALD)이란 반응물질을 챔버 내부로 순차적으로 주입하고 제거하는 방식으로 반도체 기판상에 원자층을 증착하는 방법이다. 이러한 원자층증착법은 화학기상증착법(CVD)처럼 화학반응을 사용하는 증착법이지만 각각의 가스를 동시에 주입하여 챔버 내에서 혼합되지 않고 한 종류의 가스씩 펄스 형태로 흘려진다는 점에서 화학기상증착법과 구별된다.Atomic layer deposition (ALD) is a method of depositing an atomic layer on a semiconductor substrate by sequentially injecting and removing a reactant into the chamber. This atomic layer deposition method is a deposition method that uses a chemical reaction like chemical vapor deposition (CVD), but it is distinguished from chemical vapor deposition in that each gas is injected at the same time so that each gas is not mixed in the chamber and flows in a pulse form. do.

상기 화학증착법 또는 원자층증착법에 있어서 화합물이 갖추어야 할 조건으로는 높은 열적 안정성, 높은 휘발성, 낮은 독성, 화학적 안정성, 상온에서 액체등이 있다. 또한 기화하는 과정 및 기체상으로 이송하는 과정에서 자발적으로 분해되거나 다른 물질과 반응하는 부 반응이 없어야 하며, 특히 원자층증착법의 경우에는 특별한 반응가스와의 반응이 용이해야 한다. In the chemical vapor deposition method or atomic layer deposition method, conditions that the compound must have include high thermal stability, high volatility, low toxicity, chemical stability, and liquid at room temperature. In addition, there should be no side reactions that spontaneously decompose or react with other substances in the process of vaporization and transfer to the gas phase. In particular, in the case of atomic layer deposition, reaction with special reaction gases should be easy.

또한, 텅스텐 함유 박막, 특히, 텅스텐 질화막은 낮은 저항, 우수한 접착성 및 우수한 확산 방지막 성질을 가지고 있어 미세전기 회로에서 구리의 확산을 방지하는 좋은 배리어, 배선재료 또는 캐패시터 및 트랜지스터용 전극으로 사용 될 수 있으며, 이러한 텅스텐 함유 박막을 형성하기 위하여 사용되는 대표적인 화합물로는 육불화텅스텐(WF6)을 들 수 있다. 이 경우 WF6-NH3등을 이용하여 텅스텐 포함 박막을 형성하는 것을 대한민국 공개특허공보 10-2005-0087428호에서 개시하고 있으나, WF6와 NH3로부터 반응 후 나온 부산물인 HF가 Si 또는 SiO2로 이루어진 기판을 공격할 수 단점이 있으며, 또한, 원치 않는 암모늄 불소화물의 부산물이 생성되기도 한다. 또한, 증착된 텅스텐 질화막은 많은 그레인 경계를 가지는 다결정 구조를 가지게 되며 이로 인해 확산 배리어 특성은 손상을 야기 시킬 수 있어, 이는 반도체 소자 공정 중에 심각한 제조 수율의 손실 및 신뢰도 문제를 야기 할 수 있다는 단점을 가진다.In addition, tungsten-containing thin films, especially tungsten nitride films, have low resistance, excellent adhesion, and excellent diffusion barrier properties, so they can be used as good barriers to prevent diffusion of copper in microelectronic circuits, wiring materials, or electrodes for capacitors and transistors. In addition, a representative compound used to form such a tungsten-containing thin film is tungsten hexafluoride (WF 6 ). In this case , the formation of a tungsten-containing thin film using WF 6 -NH 3 or the like is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0087428, but HF, a by-product after the reaction from WF 6 and NH 3 , is Si or SiO 2 There is a drawback of being able to attack the substrate made of, and also, unwanted by-products of ammonium fluoride are generated. In addition, the deposited tungsten nitride film has a polycrystalline structure with a large number of grain boundaries, which can cause damage to the diffusion barrier properties, which can lead to serious loss of manufacturing yield and reliability problems during the semiconductor device process. Have.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 할로겐을 포함하지 않는 아마이드 계열의 화합물을 이용하여 텅스텐 포함 박막을 형성하는 방법이 Chemistry of Materials, 2003, 15, 2969-2976과 Journal of The Electrochemical Society, 150(10), C740-C744(2003)에 텅스텐 아마이드 계열의 대표적인 화합물로 비스(터트부틸이미도)비스(디메틸아미노)텅스텐 {(tBuN)2W(NMe2)2}가 개시되어 있으나, 이는 이미도 리간드에 의해 텅스텐 중심금속과 질소사이의 π-결합에 의한 높은 안정성 때문에 공정에서의 리간드 분해가 깨끗하게 일어나지 않아 탄소오염이 매우 심한 단점을 가진다. 또한, 시클로펜타디에닐 리간드가 도입 된 텅스텐 화합물을 이용하여 텅스텐 포함 박막 형성 방법도 Surface & Coatings Technology, 201, 9120-9124 (2007)에 개시 되었으나, 이의 구체 화합물인 디이소프로필시클로펜타디에닐 디하이드로 텅스텐(iPrCp)2WH2은 매우 낮은 증기압 및 낮은 증착 속도를 가진다.To solve this problem, a method of forming a tungsten-containing thin film using a halogen-free amide-based compound is described in Chemistry of Materials, 2003, 15, 2969-2976 and Journal of The Electrochemical Society, 150(10), C740. -C744 (2003) discloses bis(tertbutylimido)bis(dimethylamino)tungsten {(tBuN) 2 W(NMe 2 ) 2 } as a representative compound of the tungsten amide series, but this is tungsten by imido ligand. Due to the high stability due to the π-bonding between the central metal and nitrogen, the ligand decomposition in the process does not occur cleanly, so carbon contamination is very severe. In addition, a method of forming a tungsten-containing thin film using a tungsten compound into which a cyclopentadienyl ligand was introduced was also disclosed in Surface & Coatings Technology, 201, 9120-9124 (2007), but its specific compound, diisopropylcyclopentadienyl diene Hydro tungsten (iPrCp) 2 WH 2 has a very low vapor pressure and low deposition rate.

이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 높은 열적 안정성, 높은 휘발성, 낮은 독성, 화학적 안정성을 가지는 텅스텐 전구체 및 이의 제조방법을 제공하고, 상기 텅스텐 전구체를 이용함으로써, 열적으로 안정하고, 신뢰성이 높은 텅스텐 함유 박막을 제공하고자 한다.Accordingly, the present inventors provide a tungsten precursor having high thermal stability, high volatility, low toxicity, and chemical stability, and a method for manufacturing the same as a solution to the above problems. By using the tungsten precursor, it is thermally stable, It is intended to provide a highly reliable tungsten-containing thin film.

대한민국 공개특허공보 10-2005-0087428호Korean Patent Application Publication No. 10-2005-0087428

Chemistry of Matererials, 2003,15,2969-2976Chemistry of Matererials, 2003,15,2969-2976 Journal of The Electrochemical Society,150(10), C740-C744 (2003)Journal of The Electrochemical Society,150(10), C740-C744 (2003) Surface & Coatings Technology, 201, 9120-9124 (2007)Surface & Coatings Technology, 201, 9120-9124 (2007)

본 발명의 목적은 열적 안정성 및 휘발성이 높은 텅스텐 전구체 및 이의 제조방법과 상기 텅스텐 전구체를 이용한 고순도 및 내구성이 우수한 텅스텐 함유 박막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a tungsten precursor having high thermal stability and high volatility, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a tungsten-containing thin film having excellent high purity and durability using the tungsten precursor.

본 발명에 따른 텅스텐 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것이다.The tungsten precursor according to the present invention includes a compound represented by the following formula (1).

[화학식1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

상기 R1 내지 R6는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기이고, 단, R1 내지 R6가 동시에 수소원자인 경우는 제외하며;R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, provided that R 1 Except when to R 6 is a hydrogen atom at the same time;

상기 알킬기는 할로겐원자, 트리플루오로메틸기, 아미노기, 시아노기, 하이드록시, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알콕시기, C3-C12의 시클로알킬기, C3-C12의 헤테로시클로알킬기, C6-C20의 아릴기 및 C3-C20의 헤테로아릴기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;The alkyl group is a halogen atom, trifluoromethyl group, amino group, cyano group, hydroxy, C1-C10 alkyl group, C1-C10 alkoxy group, C3-C12 cycloalkyl group, C3-C12 heterocycloalkyl group, C6-C20 May be further substituted with one or more substituents selected from the aryl group of and C3-C20 heteroaryl group;

상기

Figure pat00002
은 단일결합 또는 이중결합이다.remind
Figure pat00002
Is a single bond or a double bond.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the compound represented by Formula 1 may be any one of the compounds represented by the following structure.

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응한 후 하기 화학식 4로 표시되는 화합물과 반응하여 제조할 수 있다.The compound represented by Formula 1 may be prepared by reacting a compound represented by the following Formula 2 with a compound represented by the following Formula 3, and then reacting with a compound represented by the following Formula 4.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식1][Formula 1]

Figure pat00007
Figure pat00007

이때, 상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,In this case, in Chemical Formulas 1 to 4,

상기 M은 리튬(Li), 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이며;M is lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K);

상기 X는 할로겐이며;X is halogen;

상기 R은 C1-C2의 알킬기이고;R is a C1-C2 alkyl group;

상기 R1 내지 R6 는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기이고, 단, R1 내지 R6가 동시에 수소원자인 경우는 제외하며;R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, provided that R 1 Except when to R 6 is a hydrogen atom at the same time;

상기 알킬기는 할로겐원자, 트리플루오로메틸기, 아미노기, 시아노기, 하이드록시, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알콕시기, C3-C12의 시클로알킬기, C3-C12의 헤테로시클로알킬기, C6-C20의 아릴기 및 C3-C20의 헤테로아릴기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;The alkyl group is a halogen atom, trifluoromethyl group, amino group, cyano group, hydroxy, C1-C10 alkyl group, C1-C10 alkoxy group, C3-C12 cycloalkyl group, C3-C12 heterocycloalkyl group, C6-C20 May be further substituted with one or more substituents selected from the aryl group of and C3-C20 heteroaryl group;

상기

Figure pat00008
은 단일결합 또는 이중결합이다.remind
Figure pat00008
Is a single bond or a double bond.

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계는 15 내지 60℃에서 12 내지 24 시간 동안 반응을 수행하는 것일 수 있다.In addition, the step of preparing the compound represented by Formula 1 may be performing the reaction at 15 to 60°C for 12 to 24 hours.

또한, 본 발명에 따른 텅스텐 함유 박막은 상기 텅스텐 전구체를 이용하여 제조되는 것으로서, 상기 제조방법은 상기 텅스텐 전구체를 기판 상에 증착하는 단계를 포함하며, 상기 증착은 플라즈마 화학기상증착(Plasma chemical vapor deposition)공정, 열 화학기상증착(Thermal chemical vapor deposition) 공정, 플라즈마 원자층증착(plasma ALD, PEALD) 또는 열 원자층증착(Thermal ALD)으로 수행되는 것을 특징으로 한다. 이때, 증착하고자 하는 대상인 기판이라 함은 반도체 공정용 실리콘 웨이퍼에 국한하지 않으며, 플라스틱, 유리, 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속탄화질화물, 기타 세라믹 물질, 실리카, 탄소로 구성된 평판 또는 3차원 구조의 물질인 것을 포함한다.In addition, the tungsten-containing thin film according to the present invention is manufactured using the tungsten precursor, and the manufacturing method includes depositing the tungsten precursor on a substrate, and the deposition is performed by plasma chemical vapor deposition. ) Process, thermal chemical vapor deposition process, plasma atomic layer deposition (plasma ALD, PEALD) or thermal atomic layer deposition (Thermal ALD). At this time, the substrate to be deposited is not limited to a silicon wafer for semiconductor processing, and a flat plate composed of plastic, glass, metal, metal oxide, metal nitride, metal carbide, metal carbonitride, other ceramic material, silica, carbon, or Including those with a three-dimensional structure.

또한 상기 증착하는 단계는 기판의 온도가 100 내지 450℃인 조건에서 수행될 수 있다.In addition, the depositing step may be performed under the condition that the temperature of the substrate is 100 to 450°C.

또한, 상기 텅스텐 함유 박막의 목적하는 두께가 달성될 때까지 증착 공정의 사이클이 반복 수행될 수 있다.Further, the cycle of the deposition process may be repeatedly performed until the desired thickness of the tungsten-containing thin film is achieved.

또한, 상기 텅스텐 함유 박막의 제조방법은 원자층 증착법으로 수행되는 것으로서, In addition, the method of manufacturing the tungsten-containing thin film is performed by an atomic layer deposition method,

1) 반응 챔버 내부에 기판을 반입하여 소성온도로 유지하는 단계;1) carrying a substrate into the reaction chamber and maintaining the sintering temperature;

2) 상기 반응 챔버로 퍼징 가스를 주입하는 전처리 퍼징 단계;2) a pretreatment purging step of injecting a purging gas into the reaction chamber;

3) 상기 반응 챔버 내부에 상기의 텅스텐 화합물을 상기 기판 상에 공급하는 단계; 3) supplying the tungsten compound onto the substrate into the reaction chamber;

4) 상기 반응 챔버 내부로 퍼징 가스를 공급하여 기판 상에 화학흡착된 상기의 텅스텐 화합물만 남기고, 물리 흡착된 텅스텐 화합물을 제거하기 위한 제1 퍼징 단계;4) a first purging step of supplying a purging gas into the reaction chamber to leave only the tungsten compound chemically adsorbed on the substrate and remove the physisorbed tungsten compound;

5) 상기 반응 챔버 내부로 반응 가스를 공급하여 상기 화학흡착된 텅스텐 화합물 층과 반응시키는 단계; 5) supplying a reaction gas into the reaction chamber to react with the chemically adsorbed tungsten compound layer;

6) 상기 화학흡착된 텅스텐 화합물 층과 상기 반응 가스의 반응에 의해 생성된 부산물 및 미반응 물질을 상기 반응 챔버의 외부로 방출시키는 제2 퍼징 단계6) a second purging step of discharging by-products and unreacted substances generated by the reaction of the chemically adsorbed tungsten compound layer and the reaction gas to the outside of the reaction chamber

를 포함할 수 있다.It may include.

또한, 상기 제1 퍼징 단계 및 제2 퍼징 단계는 헬륨(He), 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 암모니아(NH3)중에서 선택된 하나 이상을 반응 챔버 내부로 주입하고, 상기 반응 챔버의 내부에 존재하는 가스를 진공펌프를 이용하여 외부로 방출시키는 것일 수 있다.In addition, in the first purging step and the second purging step , at least one selected from helium (He), hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar) and ammonia (NH 3 ) is injected into the reaction chamber. And, the gas present in the reaction chamber may be discharged to the outside using a vacuum pump.

본 발명에 따른 상기 텅스텐 전구체는 상온에서 액체 또는 낮은 녹는점을 가져 휘발성이 높고, 열적 안정성이 우수하다는 장점을 가진다.The tungsten precursor according to the present invention has the advantage of high volatility and excellent thermal stability because it has a liquid or low melting point at room temperature.

또한, 본 발명에 따른 상기 텅스텐 전구체는 간단한 공정으로 제조가 가능하여 매우 경제적이다.In addition, the tungsten precursor according to the present invention is very economical because it can be manufactured through a simple process.

본 발명에 따른 상기 텅스텐 전구체는 열적 안정성 및 휘발성이 높기 때문에, 이를 이용하여 제조된 박막은 높은 순도와 내구성을 가질 수 있다.Since the tungsten precursor according to the present invention has high thermal stability and high volatility, a thin film manufactured using the tungsten precursor may have high purity and durability.

도 1은 실시예 1에서 제조된 (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐의 1H-NMR 결과이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐의 열중량 분석(TGA) 결과이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐의 증기압을 측정 결과이다.
도 4는 실시예 2에서 제조된 텅스텐함유 박막의 증착 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 2에서 제조된 텅스텐함유 박막의 증착률과 면저항을 측정한 결과이다.
도 6은 실시예 2에서 제조된 텅스텐함유 박막의 두께를 관찰한 주사 전자 현미경(SEM) 관찰한 이미지이다.
도 7은 실시예 2에서 제조된 텅스텐 함유 박막의 깊이에 따른 조성 변화 그래프이다.
1 is a 1 H-NMR result of (2-methylallyl) (ethylcyclopentadienyl) (dicarbonyl) tungsten prepared in Example 1.
2 is a thermogravimetric analysis (TGA) result of (2-methylallyl) (ethylcyclopentadienyl) (dicarbonyl) tungsten prepared in Example 1. FIG.
3 is a result of measuring the vapor pressure of (2-methylallyl) (ethylcyclopentadienyl) (dicarbonyl) tungsten prepared in Example 1.
4 is a diagram showing a method of depositing a tungsten-containing thin film prepared in Example 2.
5 is a result of measuring the deposition rate and sheet resistance of the tungsten-containing thin film prepared in Example 2.
6 is an image observed with a scanning electron microscope (SEM) observing the thickness of the tungsten-containing thin film prepared in Example 2. FIG.
7 is a graph showing a composition change according to the depth of the tungsten-containing thin film prepared in Example 2.

본 발명에 따른 텅스텐 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것으로, 상온에서 액체 또는 낮은 녹는점을 가지며 휘발성이 높고 열적 안정성이 매우 우수하다.The tungsten precursor according to the present invention includes a compound represented by the following formula (1), has a liquid or low melting point at room temperature, has high volatility, and excellent thermal stability.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

상기 R1 내지 R6는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기이고, 단, R1 내지 R6가 동시에 수소원자인 경우는 제외하며;R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, provided that R 1 Except when to R 6 is a hydrogen atom at the same time;

상기 알킬기는 할로겐원자, 트리플루오로메틸기, 아미노기, 시아노기, 하이드록시, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알콕시기, C3-C12의 시클로알킬기, C3-C12의 헤테로시클로알킬기, C6-C20의 아릴기 및 C3-C20의 헤테로아릴기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;The alkyl group is a halogen atom, trifluoromethyl group, amino group, cyano group, hydroxy, C1-C10 alkyl group, C1-C10 alkoxy group, C3-C12 cycloalkyl group, C3-C12 heterocycloalkyl group, C6-C20 May be further substituted with one or more substituents selected from the aryl group of and C3-C20 heteroaryl group;

상기

Figure pat00010
은 단일결합 또는 이중결합이다.remind
Figure pat00010
Is a single bond or a double bond.

본 명세서에서 용어 "알킬기"은 직쇄 또는 분쇄의 포화 탄화수소기를 의미하며, 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 또는 헵틸 등을 포함한다. 상기 C1-C5의 알킬기은 탄소수 1 내지 5의 알킬 유니트를 가지는 알킬기를 의미하는 것으로 알킬이 치환된 경우 치환체의 탄소수는 포함되지 않은 것이다.In the present specification, the term "alkyl group" refers to a linear or branched saturated hydrocarbon group, and includes, for example, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, or heptyl. The C1-C5 alkyl group refers to an alkyl group having an alkyl unit having 1 to 5 carbon atoms, and when alkyl is substituted, the number of carbon atoms of the substituent is not included.

본 명세서에서 용어 "할로겐원자"는 할로겐족 원소를 나타내며, 예컨대, 플루오로, 클로로, 브로모 및 요오도를 포함한다.In the present specification, the term "halogen atom" refers to a halogen element, and includes, for example, fluoro, chloro, bromo, and iodo.

상기 화학식 1로 표시되는 텅스텐 전구체는 상온에서 액체 또는 낮은 녹는점을 가져 휘발성이 높기 때문에 텅스텐 함유 박막 형성 시 낮은 온도에서 박막의 증착이 가능해 매우 경제적이다.The tungsten precursor represented by Chemical Formula 1 is liquid at room temperature or has a low melting point and is highly volatile, so it is very economical to deposit a thin film at a low temperature when forming a tungsten-containing thin film.

또한, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 텅스텐 전구체는 낮은 녹는점 또는 액체의 물성을 가지는 측면에서, 바람직하게는 상기 R1 내지 R6 는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기일 수 있으며, 상기 알킬기는 C1-C5의 알킬기 또는 C1-C5의 알콕시로 더 치환될 수 있으며, 높은 증기압을 가져 우수한 박막 증착율을 가질 수 있는 측면에서 보다 바람직하게는 하기 구조로 표시되는 텅스텐 전구체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the tungsten precursor represented by Formula 1 according to the present invention has a low melting point or liquid properties, preferably the R 1 to R 6 May be independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, and the alkyl group may be further substituted with a C1-C5 alkyl group or a C1-C5 alkoxy, in terms of having a high vapor pressure and thus an excellent thin film deposition rate. More preferably, it may be a tungsten precursor represented by the following structure, but is not limited thereto.

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응한 후 하기 화학식 4로 표시되는 화합물과 반응하여 제조될 수 있다.The compound represented by Formula 1 may be prepared by reacting a compound represented by the following Formula 2 with a compound represented by the following Formula 3, and then reacting with the compound represented by the following Formula 4.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00012
Figure pat00012

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00013
Figure pat00013

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00014
Figure pat00014

[화학식1][Formula 1]

Figure pat00015
Figure pat00015

이때, 상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,In this case, in Chemical Formulas 1 to 4,

상기 M은 리튬(Li), 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이며;M is lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K);

상기 X는 할로겐이며;X is halogen;

상기 R은 C1-C2의 알킬기이고;R is a C1-C2 alkyl group;

상기 R1 내지 R6 는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기이고, 단, R1 내지 R6가 동시에 수소원자인 경우는 제외하며;R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, provided that R 1 Except when to R 6 is a hydrogen atom at the same time;

상기 알킬기는 할로겐원자, 트리플루오로메틸기, 아미노기, 시아노기, 하이드록시, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알콕시기, C3-C12의 시클로알킬기, C3-C12의 헤테로시클로알킬기, C6-C20의 아릴기 및 C3-C20의 헤테로아릴기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;The alkyl group is a halogen atom, trifluoromethyl group, amino group, cyano group, hydroxy, C1-C10 alkyl group, C1-C10 alkoxy group, C3-C12 cycloalkyl group, C3-C12 heterocycloalkyl group, C6-C20 May be further substituted with one or more substituents selected from the aryl group of and C3-C20 heteroaryl group;

상기

Figure pat00016
은 단일결합 또는 이중결합이다.remind
Figure pat00016
Is a single bond or a double bond.

본 발명에 따른 상기 텅스텐 전구체의 제조방법은 매우 단순한 공정으로 높은 순도의 텅스텐 전구체를 높은 수율로 제조할 수 있어 매우 효과적이다. The method of manufacturing the tungsten precursor according to the present invention is very effective because it can produce a high-purity tungsten precursor with a high yield through a very simple process.

상기 텅스텐 전구체의 제조방법은 15 내지 60 ℃에서 12 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다. 이때, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 1몰에 대하여, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 7 내지 10몰을 사용하여 반응용매 하에서 반응시키고, 여기에 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 1몰에 대하여, 1 내지 1.2 몰을 사용하여 반응 시킬 수 있다.The method of preparing the tungsten precursor may be performed at 15 to 60° C. for 12 to 24 hours. At this time, with respect to 1 mole of the compound represented by Formula 2, 7 to 10 moles of the compound represented by Formula 3 were used to react under a reaction solvent, and a compound represented by the following Formula 4 was added to the compound represented by Formula 2. With respect to 1 mole of the compound, it can be reacted using 1 to 1.2 moles.

이때, 상기 반응용매는 통상의 유기용매 중 출발물질과 반응하지 않는 용매이면 모두 가능하나, 일례로 노말헥산(n-Hexane), 사이클로헥산(Cyclohexane), 노말펜탄(n-Pentane), 다이에틸에테르(Ether), 톨루엔(Toluene), 테트라하이드로퓨란(THF), 아세토니트릴(Acetonitrile) 및 프로피오니트릴(Propionitrile)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 선택될 수 있다.At this time, the reaction solvent may be any solvent that does not react with the starting material among ordinary organic solvents. For example, normal hexane (n-Hexane), cyclohexane (Cyclohexane), normal pentane (n-Pentane), diethyl ether One or more selected from the group consisting of (Ether), toluene, tetrahydrofuran (THF), acetonitrile, and propionitrile may be selected.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 텅스텐 전구체를 포함하는 박막증착용 텅스텐함유 조성물을 제공한다.The present invention provides a tungsten-containing composition for thin film deposition comprising a tungsten precursor represented by the following formula (1).

[화학식1][Formula 1]

Figure pat00017
Figure pat00017

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

상기 R1 내지 R6 는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기이고, 단, R1 내지 R6가 동시에 수소원자인 경우는 제외하며;R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, provided that R 1 Except when to R 6 is a hydrogen atom at the same time;

상기 알킬기는 할로겐원자, 트리플루오로메틸기, 아미노기, 시아노기, 하이드록시, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알콕시기, C3-C12의 시클로알킬기, C3-C12의 헤테로시클로알킬기, C6-C20의 아릴기 및 C3-C20의 헤테로아릴기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;The alkyl group is a halogen atom, trifluoromethyl group, amino group, cyano group, hydroxy, C1-C10 alkyl group, C1-C10 alkoxy group, C3-C12 cycloalkyl group, C3-C12 heterocycloalkyl group, C6-C20 May be further substituted with one or more substituents selected from the aryl group of and C3-C20 heteroaryl group;

상기

Figure pat00018
은 단일결합 또는 이중결합이다.remind
Figure pat00018
Is a single bond or a double bond.

상기 텅스텐 전구체는 열적으로도 매우 안정하며, 텅스텐 전구체를 포함하는 박막증착용 조성물을 이용하여 제조된 텅스텐함유 박막은 기계적 특성이 우수하고, 열적 안정성이 뛰어나다는 장점을 가진다.The tungsten precursor is also very stable thermally, and a tungsten-containing thin film manufactured using a thin film deposition composition containing a tungsten precursor has the advantage of excellent mechanical properties and excellent thermal stability.

또한, 상기 텅스텐 전구체는 박막의 성막 조건, 박막의 두께 또는 박막의 특성을 고려하여 당업자가 인식할 수 있는 범위 내에서 함량을 조절하여 증착 할 수 있다.In addition, the tungsten precursor may be deposited by adjusting the content within a range that can be recognized by a person skilled in the art in consideration of the deposition condition of the thin film, the thickness of the thin film, or the characteristics of the thin film.

본 발명에 따른 텅스텐 함유 박막은 상기 텅스텐 전구체를 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명의 텅스텐 함유 박막은 통상적인 방법으로 제조될 수 있으며, 구체적인 일례로 유기금속 화학기상 증착법(MOCVD), 원자층 증착법(ALD), 저압 기상 증착법(LPCVD), 플라즈마 강화 기상 증착법(PECVD) 또는 플라즈마 강화 원자층 증착법(PEALD)으로 제조될 수 있다.The tungsten-containing thin film according to the present invention may be manufactured using the tungsten precursor. The tungsten-containing thin film of the present invention can be manufactured by a conventional method, and specific examples include organometallic chemical vapor deposition (MOCVD), atomic layer deposition (ALD), low pressure vapor deposition (LPCVD), plasma enhanced vapor deposition (PECVD), or It may be manufactured by plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD).

상기 텅스텐 함유 박막의 제조방법에서 상기 텅스텐 전구체의 주입온도는 60 내지 120℃일 수 있으며, 바람직하게 80 내지 100 ℃에서 수행될 수 있다.In the method of manufacturing the tungsten-containing thin film, the injection temperature of the tungsten precursor may be 60 to 120°C, preferably 80 to 100°C.

또한, 상기 텅스텐 전구체의 높은 휘발성으로 인해, 텅스텐 전구체가 증착될 기판의 온도는 100℃ 내지 450℃로 보다 낮은 온도에서 박막의 증착이 가능하며, 바람직하게는 300 내지 400 ℃에서 수행될 수 있다. 또한, 챔버 내부 압력은 0.1 내지 5 torr로 조절 될 수 있다.In addition, due to the high volatility of the tungsten precursor, the deposition of a thin film may be performed at a lower temperature, such as 100° C. to 450° C., and preferably 300 to 400° C. of the substrate on which the tungsten precursor is to be deposited. In addition, the pressure inside the chamber may be adjusted to 0.1 to 5 torr.

또한, 상기 박막의 제조방법에서 사용되는 반응가스는 한정이 있는 것은 아니나, 수소(H2), 히드라진(N2H4), 오존(O3), 암모니아(NH3), 질소(N2), 실란(SiH4), 보란(BH3), 디보란(B2H6) 및 포스핀(PH3)에서 선택되는 하나 또는 하나 이상의 혼합기체를 사용할 수 있으며, 상기 반응가스는 10 내지 10,000 sccm의 유량으로 공급되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 500 내지 2,000 sccm의 유량으로 공급될 수 있다.In addition, the reaction gas used in the method of manufacturing the thin film is not limited, but hydrogen (H 2 ), hydrazine (N 2 H 4 ), ozone (O 3 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen (N 2 ) , Silane (SiH 4 ), borane (BH 3 ), diborane (B 2 H 6 ) and phosphine (PH 3 ) one or more mixed gases selected from may be used, and the reaction gas is 10 to 10,000 sccm It is preferably supplied at a flow rate of, and more preferably, it may be supplied at a flow rate of 500 to 2,000 sccm.

상기 박막의 제조방법에서 목적하는 박막의 두께가 달성될 때까지 사이클이 반복 수행될 수 있다.In the method of manufacturing the thin film, the cycle may be repeatedly performed until the desired thickness of the thin film is achieved.

본 발명은 상기 텅스텐 전구체를 이용하여 제조되는 텅스텐 함유 박막을 제공하며, 상기 제조방법으로 제조된 상기 텅스텐함유 박막은 높은 휘발성과 높은 열적 안정성을 가지는 텅스텐 전구체를 포함하는 텅스텐함유 조성물을 이용함으로써, 물리적, 전기적 및 화학적 특성이 매우 우수한 박막을 제공할 수 있으며, 낮은 기판온도에서 증착하였음에도 불구하고 높은 순도, 높은 증착율 및 우수한 내구성을 가질 수 있다.The present invention provides a tungsten-containing thin film manufactured using the tungsten precursor, and the tungsten-containing thin film manufactured by the above manufacturing method uses a tungsten-containing composition including a tungsten precursor having high volatility and high thermal stability. , It can provide a thin film having very excellent electrical and chemical properties, and can have high purity, high deposition rate, and excellent durability despite deposition at a low substrate temperature.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적인 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention. It should be understood that there are various equivalents and variations.

[실시예 1] (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐합성 [(EtCp)(C 4 H 7 )W(CO) 2 ]의 제조 [Example 1] Preparation of (2-methylallyl) (ethylcyclopentadienyl) (dicarbonyl) tungsten synthesis [(EtCp)(C 4 H 7 )W(CO) 2 ]

불꽃 건조된 1000 ㎖ 슐렝크 플라스크에 질소 분위기 하에서 트리카보닐트리프로피오니트릴텅스텐 100 g(0.231 mol, 1.00 당량)과 프로피오니트릴 500 ㎖를 넣고, 3-클로로-2-메틸프로펜을 25 ℃에서 천천히 첨가하였다. 이 반응 용액을 25 ℃에서 12 시간 교반 후, 감압하여 농축 후 디에틸에테르 500 ㎖를 첨가하였다. 이 후 침전된 황갈색 고체 화합물을 여과하여 고체 화합물을 수득하였다. 상기 수득한 황갈색 고체 화합물 100 g(0.227 mol, 1.00 당량)과 리튬에틸시클로펜타디에닐 22.77 g(0.227 mol, 1.00 당량)넣고, 테트라하이드로퓨란 300 ㎖를 첨가하였다. 이 반응 용액을 25 ℃에서 18 시간 교반 후 감압하여 용매를 제거하고, 헥산 300 ㎖ 첨가하였다. 25 ℃에서 1 시간 교반 후 부산물로 나온 리튬클로라이드(LiCl)을 여과하고, 여액을 진공을 이용하여 용매를 제거하고, 감압 하에서 증류(100 ℃, 0.5 ㎜Hg)하여 황색 액체의 표제 화합물 70 g(수율 70%)을 수득하였다. 생성물의 1H NMR의 특정피크는 아래와 같다.To a flame-dried 1000 ml Schlenk flask, tricarbonyltripropionitrile tungsten 100 g (0.231 mol, 1.00 equivalent) and propionitrile 500 ml were added under a nitrogen atmosphere, and 3-chloro-2-methylpropene was added at 25°C. It was added slowly at. The reaction solution was stirred at 25 DEG C for 12 hours, concentrated under reduced pressure, and then 500 ml of diethyl ether was added. Thereafter, the precipitated yellow-brown solid compound was filtered to obtain a solid compound. 100 g (0.227 mol, 1.00 equivalent) of the obtained yellow-brown solid compound and 22.77 g (0.227 mol, 1.00 equivalent) of lithium ethylcyclopentadienyl were added, and 300 ml of tetrahydrofuran was added. The reaction solution was stirred at 25° C. for 18 hours, then reduced pressure to remove the solvent, and 300 ml of hexane was added. After stirring at 25° C. for 1 hour, lithium chloride (LiCl) produced as a by-product was filtered, and the filtrate was vacuumed to remove the solvent, and distilled under reduced pressure (100° C., 0.5 ㎜Hg), and the title compound was 70 g ( Yield 70%) was obtained. The specific peak of 1 H NMR of the product is as follows.

1H NMR (C6D6): δ 4.56 (7H, s), 2.79 (2H, s), 2.28 (3H, s), 1.86 (2H, q), 1.41 (2H, s), 0.82 (3H, t) 1 H NMR (C 6 D 6 ): δ 4.56 (7H, s), 2.79 (2H, s), 2.28 (3H, s), 1.86 (2H, q), 1.41 (2H, s), 0.82 (3H, t)

도 1에는 상기의 방법으로 제조된 (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐합성 [(EtCp)(C4H7)W(CO)2]의 1H-NMR을 나타내었으며, 이로써 (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐합성 [(EtCp)(C4H7)W(CO)2]이 제조된 것을 알 수 있다. 도 2에 상기의 방법으로 제조된 (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐합성 [(EtCp)(C4H7)W(CO)2]의 열중량 분석(TGA)을 나타낸 바와 같이 높은 휘발성 및 높은 열적 안정성을 확인할 수 있었다. 1 shows 1 H-NMR of (2-methylallyl) (ethylcyclopentadienyl) (dicarbonyl) tungsten synthesis [(EtCp)(C 4 H 7 )W(CO) 2 ] prepared by the above method. As a result, it can be seen that (2-methylallyl)(ethylcyclopentadienyl)(dicarbonyl)tungsten synthesis [(EtCp)(C 4 H 7 )W(CO) 2 ] was prepared. Figure 2 shows the thermogravimetric analysis of (2-methylallyl) (ethylcyclopentadienyl) (dicarbonyl) tungsten synthesis [(EtCp)(C 4 H 7 )W(CO) 2 ] prepared by the above method ( TGA), it was possible to confirm high volatility and high thermal stability.

또한, 도 3에 상기의 방법으로 제조된 (2-메틸알릴)(에틸시클로펜타디에닐)(디카르보닐)텅스텐 [(EtCp)(C4H7)W(CO)2]의 Vapor Pressure Curve로부터 상기의 방법으로 제조된 상기 텅스텐 전구체의 증기압이 높은 것을 확인할 수 있었다.In addition, vapor pressure curve of (2-methylallyl) (ethylcyclopentadienyl) (dicarbonyl) tungsten [(EtCp)(C 4 H 7 )W(CO) 2] prepared by the above method in FIG. 3 From, it was confirmed that the vapor pressure of the tungsten precursor prepared by the above method was high.

[실시예 2] 텅스텐 포함 함유 박막의 제조 [Example 2] Preparation of Tungsten-Containing Thin Film

원자층 증착법 (Atomic layer deposition)에 의해 실리콘 기판 온도 385 ℃에서 증기 상태의 텅스텐 전구체인 실시예 1을 기판 위에 증착하여 텅스텐함유 박막을 형성하였다. 반응 가스로는 암모니아(NH3)를 사용하였고 불활성 기체인 아르곤은 퍼지 목적으로 사용하였다.A tungsten-containing thin film was formed by depositing Example 1, which is a tungsten precursor in a vapor state, on a substrate at a temperature of 385° C. on a silicon substrate by atomic layer deposition. Ammonia (NH 3 ) was used as the reaction gas, and argon, an inert gas, was used for purge purposes.

도 4와 표 1에 구체적인 텅스텐 함유 박막에 대한 증착 방법을 나타내었다.4 and Table 1 show a deposition method for a specific tungsten-containing thin film.

기판
온도
(℃)
Board
Temperature
(℃)
전구체 온도
(℃)
Precursor temperature
(℃)
전구체
주입 시간
(sec)
Precursor
Injection time
(sec)
챔버 압력
(torr)
Chamber pressure
(torr)
퍼지Fudge 반응가스 주입Reaction gas injection 퍼지Fudge 증착
횟수
(cycle)
deposition
Count
(cycle)
유량
(sccm)
flux
(sccm)
시간
(sec)
time
(sec)
유량
(sccm)
flux
(sccm)
시간
(sec)
time
(sec)
유량
(sccm)
flux
(sccm)
시간
(sec)
time
(sec)
385385 9090 1313 0.5torr0.5torr 10001000 1010 15001500 2020 10001000 1515 300300

도 6은 실시예 2에 따라 실리콘 기판 상에 증착된 텅스텐 함유 박막의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다. 상기의 방법으로 제조된 박막의 두께는 300 Å으로 관찰되었으며, 실시예 2에 따라 실리콘 기판 상에 증착된 텅스텐 함유 박막의 증착률은 1.0 Å/cycle이며, 면저항은 350 Ω/□인 것으로 확인되었다(도 5 참조).6 is a scanning electron microscope (SEM) image of a tungsten-containing thin film deposited on a silicon substrate according to Example 2. The thickness of the thin film prepared by the above method was observed to be 300 Å, the deposition rate of the tungsten-containing thin film deposited on the silicon substrate according to Example 2 was 1.0 Å/cycle, and it was confirmed that the sheet resistance was 350 Ω/□. (See Fig. 5).

또한 상기 실시예 2에 따라 실리콘 기판 상에 증착된 박막을 오제 전자분광법(AES)을 이용하여 증착된 박막의 깊이에 따른 조성 변화를 분석한 결과, 상기 질화텅스텐 박막은 텅스텐 46 %, 질소37 %, 탄소 9 % 및 산소 8 %의 조성을 갖는 것으로 관찰되었다(도 7 참조).In addition, as a result of analyzing the composition change according to the depth of the thin film deposited on the silicon substrate according to Example 2 by using Auger Electron Spectroscopy (AES), the tungsten nitride thin film was 46% tungsten and 37% nitrogen. , Was observed to have a composition of 9% carbon and 8% oxygen (see Fig. 7).

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 텅스텐 전구체를 사용할 경우, 350 Ω/□의 낮은 면저항과 1.0 Å/cycle의 높은 증착율을 가지는 고순도의 텅스텐 함유 박막을 제조할 수 있음을 알 수 있다.As described above, when the tungsten precursor according to the present invention is used, it can be seen that a high-purity tungsten-containing thin film having a low sheet resistance of 350 Ω/□ and a high deposition rate of 1.0 Å/cycle can be manufactured.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 전구체.

[화학식1]
Figure pat00019


상기 화학식 1에서,
상기 R1 내지 R6는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기이고, 단, R1 내지 R6가 동시에 수소원자인 경우는 제외하며;
상기 알킬기는 할로겐원자, 트리플루오로메틸기, 아미노기, 시아노기, 하이드록시, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알콕시기, C3-C12의 시클로알킬기, C3-C12의 헤테로시클로알킬기, C6-C20의 아릴기 및 C3-C20의 헤테로아릴기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
상기
Figure pat00020
은 단일결합 또는 이중결합이다.
A tungsten precursor comprising a compound represented by the following formula (1).

[Formula 1]
Figure pat00019


In Formula 1,
R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, provided that R 1 Except when to R 6 is a hydrogen atom at the same time;
The alkyl group is a halogen atom, trifluoromethyl group, amino group, cyano group, hydroxy, C1-C10 alkyl group, C1-C10 alkoxy group, C3-C12 cycloalkyl group, C3-C12 heterocycloalkyl group, C6-C20 May be further substituted with one or more substituents selected from the aryl group of and C3-C20 heteroaryl group;
remind
Figure pat00020
Is a single bond or a double bond.
제1항에 있어서,
상기 R1 내지 R6는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C4의 알킬기인 것을 특징으로 하는 텅스텐 전구체.
The method of claim 1,
The tungsten precursor, characterized in that the R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C4 alkyl group.
제2항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 구조로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 텅스텐 전구체.

Figure pat00021

The method of claim 2,
Formula 1 is a tungsten precursor, characterized in that any one of the compounds represented by the following structure.

Figure pat00021

하기 화학식 2로 표시되는 화합물과 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 반응한 후 하기 화학식 4로 표시되는 화합물과 반응하여 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 텅스텐 전구체의 제조방법.

[화학식 2]
Figure pat00022


[화학식 3]
Figure pat00023


[화학식 4]
Figure pat00024


[화학식1]
Figure pat00025


이때, 상기 화학식 1 내지 화학식 4에서,
상기 M은 리튬(Li), 나트륨(Na) 또는 칼륨(K)이며;
상기 X는 할로겐이며;
상기 R은 C1-C2의 알킬기이고;
상기 R1 내지 R6 는 서로 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 알킬기이고, 단, R1 내지 R6가 동시에 수소원자인 경우는 제외하며;
상기 알킬기는 할로겐원자, 트리플루오로메틸기, 아미노기, 시아노기, 하이드록시, C1-C10의 알킬기, C1-C10의 알콕시기, C3-C12의 시클로알킬기, C3-C12의 헤테로시클로알킬기, C6-C20의 아릴기 및 C3-C20의 헤테로아릴기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며;
상기
Figure pat00026
은 단일결합 또는 이중결합이다.
After reacting a compound represented by the following formula (2) with a compound represented by the following formula (3), reacting with a compound represented by the following formula (4) to prepare a compound represented by the following formula (1) A method for producing a tungsten precursor containing a compound represented by.

[Formula 2]
Figure pat00022


[Formula 3]
Figure pat00023


[Formula 4]
Figure pat00024


[Formula 1]
Figure pat00025


In this case, in Chemical Formulas 1 to 4,
M is lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K);
X is halogen;
R is a C1-C2 alkyl group;
The R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom or a C1-C5 alkyl group, provided that R 1 Except when to R 6 is a hydrogen atom at the same time;
The alkyl group is a halogen atom, trifluoromethyl group, amino group, cyano group, hydroxy, C1-C10 alkyl group, C1-C10 alkoxy group, C3-C12 cycloalkyl group, C3-C12 heterocycloalkyl group, C6-C20 May be further substituted with one or more substituents selected from the aryl group of and C3-C20 heteroaryl group;
remind
Figure pat00026
Is a single bond or a double bond.
제4항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계는 15 내지 60℃에서 12 내지 24 시간 동안 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 전구체의 제조방법.
The method of claim 4,
The step of preparing the compound represented by Formula 1 is a method of producing a tungsten precursor, characterized in that the reaction is performed at 15 to 60° C. for 12 to 24 hours.
제1항에 따른 텅스텐 전구체를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 함유 박막.
A tungsten-containing thin film manufactured using the tungsten precursor according to claim 1.
제6항에 따른 텅스텐 함유 박막을 제조하는 방법으로서,
상기 텅스텐 전구체를 기판 상에 증착하는 단계를 포함하며, 상기 증착은 플라즈마 화학기상증착(Plasma chemical vapor deposition)공정, 열 화학기상증착(Thermal chemical vapor deposition) 공정, 플라즈마 원자층증착(plasma ALD, PEALD) 또는 열 원자층증착(Thermal ALD)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 함유 박막의 제조방법.
As a method of manufacturing a tungsten-containing thin film according to claim 6,
And depositing the tungsten precursor on a substrate, wherein the deposition includes a plasma chemical vapor deposition process, a thermal chemical vapor deposition process, and a plasma atomic layer deposition (plasma ALD, PEALD). ) Or thermal atomic layer deposition (Thermal ALD).
제7항에 있어서,
상기 증착하는 단계는 기판의 온도가 100 내지 450℃인 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 함유 박막의 제조방법.
The method of claim 7,
The depositing step is a method of manufacturing a tungsten-containing thin film, characterized in that it is performed under a condition in which the temperature of the substrate is 100 to 450°C.
제7항에 있어서,
상기 텅스텐 함유 박막의 목적하는 두께가 달성될 때까지 증착 공정의 사이클이 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 텅스텐 함유 박막의 제조방법.
The method of claim 7,
A method of manufacturing a tungsten-containing thin film, characterized in that the cycle of the deposition process is repeatedly performed until the desired thickness of the tungsten-containing thin film is achieved.
제7항에 있어서,
상기 텅스텐 함유 박막의 제조방법은 원자층 증착법으로 수행되는 것으로서,
1) 반응 챔버 내부에 기판을 반입하여 소성온도로 유지하는 단계;
2) 상기 반응 챔버로 퍼징 가스를 주입하는 전처리 퍼징 단계;
3) 상기 반응 챔버 내부에 상기의 텅스텐 화합물을 상기 기판 상에 공급하는 단계;
4) 상기 반응 챔버 내부로 퍼징 가스를 공급하여 기판 상에 화학흡착된 상기의 텅스텐 화합물만 남기고, 물리 흡착된 텅스텐 화합물을 제거하기 위한 제1 퍼징 단계;
5) 상기 반응 챔버 내부로 반응 가스를 공급하여 상기 화학흡착된 텅스텐 화합물 층과 반응시키는 단계;
6) 상기 화학흡착된 텅스텐 화합물 층과 상기 반응 가스의 반응에 의해 생성된 부산물 및 미반응 물질을 상기 반응 챔버의 외부로 방출시키는 제2 퍼징 단계
를 포함하는 것을 특징으로하는 텅스텝 박막의 제조방법
The method of claim 7,
The method of manufacturing the tungsten-containing thin film is performed by an atomic layer deposition method,
1) carrying a substrate into the reaction chamber and maintaining the sintering temperature;
2) a pretreatment purging step of injecting a purging gas into the reaction chamber;
3) supplying the tungsten compound onto the substrate into the reaction chamber;
4) a first purging step of supplying a purging gas into the reaction chamber to leave only the tungsten compound chemically adsorbed on the substrate, and to remove the physisorbed tungsten compound;
5) supplying a reaction gas into the reaction chamber to react with the chemically adsorbed tungsten compound layer;
6) a second purging step of discharging by-products and unreacted substances generated by the reaction of the chemically adsorbed tungsten compound layer and the reaction gas to the outside of the reaction chamber
Method for producing a tung step thin film comprising a
제10항에 있어서,
상기 제1 퍼징 단계 및 제2 퍼징 단계는 헬륨(He), 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar) 및 암모니아(NH3)중에서 선택된 하나 이상을 반응 챔버 내부로 주입하고, 상기 반응 챔버의 내부에 존재하는 가스를 진공펌프를 이용하여 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 텅스텐 함유 박막의 제조방법.
The method of claim 10,
In the first purging step and the second purging step , at least one selected from helium (He), hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar) and ammonia (NH 3 ) is injected into the reaction chamber, A method of manufacturing a tungsten-containing thin film, characterized in that the gas present in the reaction chamber is discharged to the outside by using a vacuum pump.
제7항에 있어서,
상기 증착하는 단계에서 상기 기판은 웨이퍼, 플라스틱, 유리, 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물, 금속탄화질화물, 세라믹 물질, 실리카, 탄소로 구성된 평판 또는 3차원 구조의 물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 텅스텐 함유 박막의 제조방법.
The method of claim 7,
In the depositing step, the substrate may be any one of a wafer, plastic, glass, metal, metal oxide, metal nitride, metal carbide, metal carbonitride, ceramic material, silica, or a material having a three-dimensional structure consisting of carbon. Method for producing a tungsten-containing thin film as described above.
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