KR20220157858A - Precursor for film deposition, deposition method of film and semiconductor device of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal and comprises an organometallic compound represented by Chemical Formula 1 below. In the chemical formula 1, M is Ti, Zr, or Hf; X is a hydrogen atom, a C_1-C_5 alkyl group, NR_4R_5, or OR_6; R_1 to R_6 may be the same as or different from each other, and each independently represents a hydrogen atom or a C_1-C_5 linear, branched or cyclic alkyl group; any one of R_1 may be an alkylamine group; and n is a natural number of 1, 2, or 3. Accordingly, a transition metal silicate thin film can be formed in a single process.

Description

4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법 및 상기 4족 전이금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자.{PRECURSOR FOR FILM DEPOSITION, DEPOSITION METHOD OF FILM AND SEMICONDUCTOR DEVICE OF THE SAME}A precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal, a method for forming a thin film containing a Group 4 transition metal using the same, and a semiconductor device including the Group 4 transition metal-containing thin film. }

본 발명은 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법 및 상기 4족 전이금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원자층 증착(ALD) 또는 화학 기상 증착(CVD) 공정에서 사용되는 4족 전이금속 및 실리콘(Si)을 함유하여 4족 전이금속 함유 박막, 전이금속 실리케이트, 실리콘 도핑 금속 함유 박막 등의 박막을 형성할 수 있는 전구체, 이를 이용한 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법 및 상기 4족 전이금속 함유 박막을 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a precursor for forming a group 4 transition metal-containing thin film, a method for forming a group 4 transition metal-containing thin film using the same, and a semiconductor device including the group 4 transition metal-containing thin film, and more particularly, atomic layer deposition (ALD). ) or a precursor capable of forming a thin film such as a group 4 transition metal-containing thin film, a transition metal silicate, a silicon-doped metal-containing thin film by containing a group 4 transition metal and silicon (Si) used in a chemical vapor deposition (CVD) process, A method of forming a thin film containing a Group 4 transition metal using the same and a semiconductor device including the thin film containing a Group 4 transition metal.

원자층 증착(ALD) 또는 화학 기상 증착(CVD) 공정을 위한 전구체로 다양한 형태의 유기금속 화합물이 개발되어 사용되고 있다. 이러한 유기금속 화합물은 기화 특성, 기화 온도와 분해 온도의 격차, 독성, 화학적 안정성, 열적 안정성 및 화합물 합성 용이성, 열분해의 용이성 등의 특성이 요구된다.Various types of organometallic compounds have been developed and used as precursors for atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD) processes. These organometallic compounds require properties such as vaporization characteristics, gap between vaporization temperature and decomposition temperature, toxicity, chemical stability, thermal stability, ease of compound synthesis, and ease of thermal decomposition.

이러한 유기금속 화합물 중 하나로서 사이클로펜타디에닐기를 포함하는 착 화합물 형태의 유기금속 화합물을 전구체를 들 수 있는데, 특히 사이클로펜타디에닐기와 중심 금속 원자 간에 가교 결합 구조를 형성한 유기금속 화합물 전구체가 박막 형성에 효과적인 것으로 알려져 있다.As one of these organometallic compounds, a precursor of an organometallic compound in the form of a complex compound containing a cyclopentadienyl group may be mentioned. It is known to be effective in forming

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-1263454호에서는 Zr(CpCH2CH2NMe)(NMe2)2 등의 사이클로펜타디에닐기와 지르코늄 원자 사이에 알킬아민의 가교구조가 형성됨으로써 열적 안정성과 단차 피복성이 우수하고 고온에서 장시간 보관해도 분해되지 않는 전구체로서의 우수한 특성을 나타내고 있다.For example, in Korean Patent Registration No. 10-1263454, a crosslinked structure of alkylamine is formed between a cyclopentadienyl group such as Zr(CpCH 2 CH 2 NMe)(NMe 2 ) 2 and a zirconium atom, thereby providing thermal stability and step coating. It has excellent properties and exhibits excellent properties as a precursor that does not decompose even when stored at high temperatures for a long time.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-1959519호에서는 금속 원자와 실리콘 원자를 포함하는 유기금속 화합물을 이용하여 전이금속 실리케이트 박막을 형성하는 기술이 개시되어 있는데, 열 안정성이 높은 가교 구조를 채용함으로써 하나의 전구체로 전이금속 실리케이트 박막을 형성할 수 있다.In addition, Korean Patent Registration No. 10-1959519 discloses a technique of forming a transition metal silicate thin film by using an organometallic compound containing a metal atom and a silicon atom, and by adopting a crosslinked structure with high thermal stability, one precursor As a result, a transition metal silicate thin film can be formed.

출원인은 대한민국 공개특허공보 10-2019-0108281호에서 중심금속과 사이클로펜타디에닐기 사이에 가교구조를 형성한 유기금속 화합물을 이용하여 열 안정성이 우수하고 미세화 공정 시 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 전구체를 개발한 바 있다.In Korean Patent Publication No. 10-2019-0108281, the applicant uses an organometallic compound in which a crosslinked structure is formed between a central metal and a cyclopentadienyl group to provide a precursor that has excellent thermal stability and can solve problems occurring during the miniaturization process. have been developed

이러한 기본구조를 바탕으로 고온 증착에 적합한 새로운 전구체를 개발함으로써 ALD 또는 CVD에 효과적인 전구체를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.Based on this basic structure, it is expected to provide an effective precursor for ALD or CVD by developing a new precursor suitable for high-temperature deposition.

대한민국 등록특허공보 10-1263454호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1263454 대한민국 등록특허공보 10-1959519호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1959519 대한민국 공개특허공보 10-2019-0108281호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0108281

본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로, 열 안정성이 우수하여 고온 증착에 적합한 4족 전이금속 실리케이트(MSiOx) 박막 형성용 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a precursor for forming a Group 4 transition metal silicate (MSiO x ) thin film that is excellent in thermal stability and suitable for high-temperature deposition.

또한, 가교 구조의 유기금속 화합물을 통해 안정성이 증가된 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal having increased stability through an organometallic compound having a cross-linked structure.

또한, 전이금속과 실리콘 원자를 함유하는 하나의 유기금속 화합물을 전구체로 적용함으로써 전이금속 실리케이트 박막을 형성할 수 있는 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a precursor capable of forming a transition metal silicate thin film by applying one organometallic compound containing a transition metal and a silicon atom as a precursor.

또한, 상기 전구체를 이용하여 4족 전이금속 함유 금속 박막을 형성하는 방법 및 상기 4족 전이금속 함유 금속 박막을 포함하는 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a metal thin film containing a Group 4 transition metal using the precursor and a method of manufacturing a semiconductor device including the metal thin film containing a Group 4 transition metal.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 4족 전이금속 함유 금속 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The precursor for forming a metal thin film containing a Group 4 transition metal of the present invention to achieve the above object is characterized in that it comprises an organometallic compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서, M은 Ti, Zr, 또는 Hf이고, X는 수소원자, 알킬기, NR4R5 또는 OR6이며, R1 내지 R6는 서로 같거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기이고, R1은 어느 하나가 알킬아민기일 수 있으며, n은 1, 2 또는 3의 자연수이다.In Formula 1, M is Ti, Zr, or Hf, X is a hydrogen atom, an alkyl group, NR 4 R 5 or OR 6 , R 1 to R 6 may be the same as or different from each other, and each independently represents a hydrogen atom. Or a C 1 -C 5 straight-chain, branched or cyclic alkyl group, R 1 may be an alkylamine group, and n is a natural number of 1, 2 or 3.

또한, 상기 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 용매는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 케톤, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.In addition, the precursor may additionally include a solvent, and the solvent may be any one or more of C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons, ketones, ethers, glymes, esters, tetrahydrofuran, and tertiary amines. have.

또한, 상기 용매는 상기 4족 전이금속 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.In addition, the solvent may be included in an amount of 1 to 99% by weight based on the total weight of the precursor for forming the Group 4 transition metal thin film.

본 발명에 따른 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법은 상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 4족 전이금속 함유 박막을 증착하는 단계를 포함한다.The method of forming a thin film containing a Group 4 transition metal according to the present invention includes depositing a thin film containing a Group 4 transition metal on a substrate using the precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal.

이때, 상기 4족 전이금속 함유 박막은 원자층 증착에 의해 증착될 수 있고, 화학 기상 증착에 의해 증착될 수도 있다.In this case, the group 4 transition metal-containing thin film may be deposited by atomic layer deposition or chemical vapor deposition.

또한, 상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 단계를 포함할 수 있다.In addition, a step of vaporizing the group 4 transition metal-containing thin film-forming precursor and transferring it into the chamber may be included.

또한, 상기 증착하는 단계는 챔버 내에 기판을 위치하는 단계, 상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체 조성물을 상기 챔버 내에 공급하는 단계, 상기 챔버 내에 반응성 기체 또는 반응성 기체의 플라즈마를 공급하는 단계, 상기 챔버 내에서 열 처리, 플라즈마 처리 및 광 조사 중 어느 하나 또는 그 이상의 수단에 의해 처리하는 단계를 포함하는 것일 수 있으며, 250 내지 400℃에서 수행될 수 있다.In addition, the depositing may include positioning a substrate in a chamber, supplying the Group 4 transition metal-containing precursor composition for forming a thin film into the chamber, supplying a reactive gas or plasma of a reactive gas into the chamber, the It may include a step of treating by any one or more means of heat treatment, plasma treatment, and light irradiation in a chamber, and may be performed at 250 to 400 ° C.

본 발명에 따른 반도체 소자는 상기 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법에 의해 제조된 4족 전이금속 함유 박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device according to the present invention is characterized in that it includes a Group 4 transition metal-containing thin film manufactured by the method for forming a Group 4 transition metal-containing thin film.

본 발명에 따른 전구체는 열 안정성이 우수하여 고온 증착에 적합하므로 4족 전이금속 함유 박막, 특히, 4족 전이금속 실리케이트(MSiOx) 박막을 형성하기에 적합하다.Since the precursor according to the present invention has excellent thermal stability and is suitable for high-temperature deposition, it is suitable for forming a Group 4 transition metal-containing thin film, in particular, a Group 4 transition metal silicate (MSiO x ) thin film.

또한, 가교 구조의 유기금속 화합물을 통해 열 안정성이 증가되며, 하나의 화합물에 금속 원자와 실리콘 원자를 동시에 함유함으로써 단일 공정으로 전이금속 실리케이트 박막을 형성할 수 있다.In addition, thermal stability is increased through the cross-linked organometallic compound, and a transition metal silicate thin film can be formed in a single process by simultaneously containing a metal atom and a silicon atom in one compound.

또한, 상기 전구체를 이용함으로써 4족 전이금속 함유 박막을 형성하는 방법 및 상기 4족 전이금속 함유 박막을 포함하는 다양한 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a method of forming a Group 4 transition metal-containing thin film and a method of manufacturing various semiconductor devices including the Group 4 transition metal-containing thin film by using the precursor.

도 1은 본 발명의 전구체를 이용한 박막 형성 과정을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 전구체를 이용하여 HfSiOx 박막을 형성하는 공정에서 GPC 변화를 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 전구체를 이용하여 HfSiOx 박막을 형성하는 공정에서 싸이클 수에 따른 증착률의 변화를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 전구체를 이용한 ALD 증착 공정으로 형성된 HfSiOx 박막의 XRD 분석 결과이다.
1 is a conceptual diagram showing a thin film formation process using the precursor of the present invention.
Figure 2 is a graph measuring GPC change in the process of forming an HfSiOx thin film using the precursor of the present invention.
Figure 3 is a graph measuring the change in deposition rate according to the number of cycles in the process of forming an HfSiOx thin film using the precursor of the present invention.
4 is an XRD analysis result of a HfSiOx thin film formed by an ALD deposition process using the precursor of the present invention.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. Terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명에 따른 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal according to the present invention is characterized by including an organometallic compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 1에서, M은 Ti, Zr, 또는 Hf이고, X는 수소원자, C1-C5의 알킬기, NR4R5 또는 OR6이며, R1 내지 R6는 서로 같거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기이고, R1은 어느 하나가 알킬아민기일 수 있으며, n은 1, 2 또는 3의 자연수이다.In Formula 1, M is Ti, Zr, or Hf, X is a hydrogen atom, a C 1 -C 5 alkyl group, NR 4 R 5 or OR 6 , R 1 to R 6 may be the same as or different from each other, , Each independently a hydrogen atom or a C 1 -C 5 straight-chain, branched or cyclic alkyl group, R 1 may be any one of an alkylamine group, and n is a natural number of 1, 2 or 3.

상기와 같은 유기금속 화합물은 통상적인 리간드 합성법을 통해 제조될 수 있다. 즉, 하기 반응식 1 내지 3에서와 같이, 사이클로펜탄과 알킬아미노 화합물을 반응시키는 1단계, 상기 반응 생성물과 알킬실리콘 화합물을 반응시키는 2단계, 상기 반응 생성물과 지르코늄 화합물을 반응시키는 3단계를 거쳐 제조할 수 있다.Organometallic compounds as described above can be prepared through a conventional ligand synthesis method. That is, as shown in Schemes 1 to 3 below, it is prepared through a first step of reacting cyclopentane and an alkylamino compound, a second step of reacting the reaction product and an alkylsilicon compound, and a third step of reacting the reaction product and a zirconium compound. can do.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[반응식 2][Scheme 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

[반응식 3][Scheme 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 구체적으로 하기 구조에서 선택되는 유기금속 화합물을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The organometallic compound represented by Formula 1 may specifically include an organometallic compound selected from the following structures, but is not limited thereto.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

본 발명의 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 용매로는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 케톤, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소의 예로는 톨루엔, 헵탄 등을 들 수 있으며, 3차 아민으로는 디메틸에틸아민을 들 수 있다.The precursor of the present invention may additionally include a solvent. As the solvent, any one of C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons, ketones, ethers, glymes, esters, tetrahydrofuran, and tertiary amines, or mixtures thereof may be used. Examples of the C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbon include toluene and heptane, and examples of the tertiary amine include dimethylethylamine.

또한, 상기 용매를 포함하는 경우, 상기 금속막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In addition, when the solvent is included, it is preferably included in an amount of 1 to 99% by weight based on the total weight of the precursor for forming the metal film.

용매를 포함하거나 포함하지 않는 전구체는 기화할 수 있는 것으로서, 이를 챔버 내로 공급함으로써 증착 공정을 수행할 수 있으며, 상기 유기금속 화합물의 성질에 따라 용해 가능한 용매를 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 유기금속 화합물의 종류에 따라 실온에서 액상으로 존재하는 경우 별도의 용매 없이도 증착 공정을 수행할 수 있다.The precursor, which may or may not contain a solvent, may be vaporized, and a deposition process may be performed by supplying the precursor into the chamber. It is preferable to appropriately select and use a soluble solvent according to the nature of the organometallic compound. That is, when the organometallic compound exists in a liquid state at room temperature depending on the type, the deposition process may be performed without a separate solvent.

본 발명의 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법은 상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 4족 전이금속 함유 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of forming a thin film containing a Group 4 transition metal of the present invention is characterized in that it comprises depositing a Group 4 transition metal-containing thin film on a substrate using the precursor for forming a Group 4 transition metal-containing thin film.

이때, 상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체는 전술한 바와 같이 용매를 추가적으로 포함할 수 있고, 상기 용매는 상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.In this case, the Group 4 transition metal-containing precursor for thin film formation may additionally include a solvent as described above, and the solvent may be included in an amount of 1 to 99% by weight based on the total weight of the Group 4 transition metal-containing thin film formation precursor. have.

상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 전구체를 이용한 4족 전이금속 함유 박막의 제조방법은 금속 전구체로서 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 증착에 의한 금속 박막의 제조방법에 따라 실시될 수 있으며, 구체적으로는 화학증착법(chemical vapor deposition, CVD) 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD) 등의 방법으로 실시될 수 있다.The manufacturing method of a Group 4 transition metal-containing thin film using a precursor containing an organometallic compound represented by Formula 1 is a metal thin film by conventional deposition except for using an organometallic compound represented by Formula 1 as a metal precursor. It may be performed according to a manufacturing method, and specifically, it may be performed by a method such as chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD).

즉, 반응기 내에 존재하는 금속 박막 형성용 기판 위로 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 공급하는 단계, 및 상기 반응기 내에 반응성 가스를 공급하고, 열처리, 플라즈마 처리 및 광 조사로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 처리 공정을 실시하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.That is, supplying the organometallic compound represented by Chemical Formula 1 onto the substrate for forming a metal thin film existing in the reactor, and supplying a reactive gas into the reactor, and 1 selected from the group consisting of heat treatment, plasma treatment, and light irradiation. It can be produced by a manufacturing method comprising the step of subjecting the species to a treatment process.

도 1을 참조하여, 박막 형성 과정을 설명하면, 먼저, 반응 사이트가 형성된 기판 상에 본 발명의 전구체를 도입한다(도 1(a)). 상기 전구체를 구성하는 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물의 중심 금속 원자에 결합된 반응성 기(X)와 기판 표면의 반응성기가 결합하게 되는데, 이때 이웃한 기판 표면의 반응기는 상기 중심 금속 원자에 가교 결합된 실릴기의 실리콘 원자로 전자 이동이 발생하며, 동시에 상기 실리콘 원자로부터 또 다른 표면 반응기로 전자 이동이 발생하게 된다(도 1(b)). 이후 반응성 가스를 공급하면 기판의 표면에는 금속 원자와 실리콘 원자가 동시에 증착되는 상태를 이루며, 이를 통해 전이금속 실리케이트(MSiOx)의 박막이 형성되게 된다.Referring to FIG. 1, the thin film formation process is described. First, the precursor of the present invention is introduced onto a substrate on which a reaction site is formed (FIG. 1(a)). The reactive group (X) bonded to the central metal atom of the organometallic compound represented by Formula 1 constituting the precursor is bonded to the reactive group on the surface of the substrate, wherein the reactive groups on the adjacent substrate surface are cross-linked to the central metal atom. Electron transfer occurs to the silicon atom of the silyl group, and at the same time electron transfer occurs from the silicon atom to another surface reactive group (FIG. 1(b)). Then, when a reactive gas is supplied, metal atoms and silicon atoms are simultaneously deposited on the surface of the substrate, and through this, a thin film of transition metal silicate (MSiO x ) is formed.

상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 기판으로는 기술적 작용으로 인하여 금속 박막에 의해 코팅될 필요가 있는, 반도체 제조에 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 구체적으로는 규소 기판(Si), 실리카 기판(SiO2), 질화 규소 기판(SiN), 규소 옥시 니트라이드 기판 (SiON), 티타늄 니트라이드 기판(TiN), 탄탈륨 니트라이드 기판(TaN), 텅스텐 기판(W) 또는 귀금속 기판, 예를 들어 백금 기판(Pt), 팔라듐 기판(Pd), 로듐 기판(Rh) 또는 금 기판(Au) 등이 사용될 수 있다.As the substrate for forming the Group 4 transition metal-containing thin film, any substrate used in semiconductor manufacturing, which needs to be coated with a metal thin film due to technical action, can be used without particular limitation. Specifically, silicon substrate (Si), silica substrate (SiO 2 ), silicon nitride substrate (SiN), silicon oxynitride substrate (SiON), titanium nitride substrate (TiN), tantalum nitride substrate (TaN), tungsten substrate (W) or a noble metal substrate, for example, a platinum substrate (Pt), a palladium substrate (Pd), a rhodium substrate (Rh), or a gold substrate (Au) may be used.

상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 휘발된 기체를 통해 이송하거나, 직접 액체 주입 방법 또는 상기 유기금속 화합물을 유기 용매에 용해시켜 이송하는 액체 이송 방법이 이용될 수 있다. 상기 전구체를 휘발된 기체로 이송하는 방법은 상기 전구체가 들어 있는 용기를 항온조에 넣은 후 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 또는 질소 등의 비활성 가스로 버블링하여 전구체를 증발시킨 후 금속 박막 형성용 기판 위로 이송시키거나, 또는 액체운반시스템(LDS: Liquid Delivery System)을 사용하여 액상의 전구체를 기화기를 통해 기상으로 변화시킨 후 금속 박막 형성용 기판 위로 이송시킴으로써 실시될 수 있다.The organometallic compound represented by Chemical Formula 1 may be transported through volatilized gas, a direct liquid injection method, or a liquid transport method in which the organometallic compound is dissolved in an organic solvent and transported may be used. The method of transferring the precursor to the volatilized gas is to put the container containing the precursor into a thermostat and bubble it with an inert gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon, or nitrogen to evaporate the precursor, and then form a metal thin film. It can be carried out by transferring it onto a substrate, or by changing a liquid precursor into a vapor phase using a liquid delivery system (LDS) and then transferring it onto a substrate for forming a metal thin film.

전구체를 유기 용매에 용해시켜 이송하는 액체 이송 방법의 경우, 전술한 바와 같이 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물 및 용매로 이루어진 조성물 형태로 이용할 수 있는데, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물 중 높은 점도로 인하여 액체 이송 방식의 기화기에서 충분히 기화되기 어려울 경우 용매를 포함하는 조성물의 형태로 활용하면 증착 공정을 효과적으로 수행할 수 있다.In the case of the liquid transfer method in which the precursor is dissolved in an organic solvent and transported, as described above, it can be used in the form of a composition consisting of the organometallic compound represented by Formula 1 and a solvent. When it is difficult to vaporize sufficiently in a vaporizer of a liquid transfer type due to viscosity, the deposition process can be effectively performed by using it in the form of a composition containing a solvent.

이러한 용매는 고체 성상의 물질을 용해할 수 있는 특성을 가지거나 액체 성상의 물질을 용해 및 분산시킬 수 있는 용매이어야 한다. 또한, 용매의 비점, 밀도 및 증기압 조건을 고려하여 박막 형성용 조성물의 점도 감소 효과 및 휘발성 개선 효과를 향상하고, 이를 통해, 증착된 박막의 균일성(uniformity) 및 단차피복(step coverage) 특성이 개선된 박막의 형성을 할 수 있도록 용매를 선별하는 것이 바람직하다. Such a solvent should have properties capable of dissolving a solid material or a solvent capable of dissolving and dispersing a liquid material. In addition, considering the boiling point, density and vapor pressure conditions of the solvent, the viscosity reduction effect and the volatility improvement effect of the composition for forming a thin film are improved, and through this, the uniformity and step coverage characteristics of the deposited thin film are improved. It is desirable to select the solvent to allow for the formation of improved thin films.

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 챔버 내에 공급할 때, 최종 형성되는 금속 박막에서의 전기적 특성, 즉 정전용량을 더욱 개선시키기 위하여 제2 금속 전구체로서 규소(Si), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 스트론튬(Sr), 니오브(Nb), 바륨(Ba), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta) 및 란탄족 원자로부터 선택된 1종 이상의 금속(M")을 포함하는 금속 전구체를 선택적으로 더 공급할 수도 있다. 상기 제2 금속 전구체는 상기 금속을 포함하는 알킬아미드계 화합물 또는 알콕시계 화합물 일 수 있다. 일례로 상기 금속이 Si인 경우 제2금속 전구체로 SiH(N(CH3)2)3, Si(N(C2H5)2)4, Si(N(C2H5)(CH3))4, Si(N(CH3)2)4, Si(OC4H9)4, Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4, Si(OC(CH3)3)4 등이 사용될 수 있다.In addition, when the organometallic compound represented by Chemical Formula 1 is supplied into the chamber, silicon (Si), titanium (Ti), A metal precursor containing at least one metal (M") selected from germanium (Ge), strontium (Sr), niobium (Nb), barium (Ba), hafnium (Hf), tantalum (Ta) and lanthanide atoms The second metal precursor may be an alkylamide-based compound or an alkoxy-based compound containing the metal. For example, when the metal is Si, the second metal precursor is SiH(N(CH 3 ) 2 ) 3 , Si(N(C 2 H 5 ) 2 ) 4 , Si(N(C 2 H 5 )(CH 3 )) 4 , Si(N(CH 3 ) 2 ) 4 , Si(OC 4 H 9 ) 4 , Si(OC 2 H 5 ) 4 , Si(OCH 3 ) 4 , Si(OC(CH 3 ) 3 ) 4 and the like may be used.

상기 제2 금속 전구체의 공급은 화학식 1의 금속 전구체의 공급 방법과 동일한 방법으로 실시될 수 있으며, 상기 제2 금속 전구체는 화학식 1의 금속 전구체와 함께 박막 형성용 기판 위로 공급될 수도 있고, 또는 금속 전구체의 공급 완료 이후 순차적으로 공급될 수도 있다.The supply of the second metal precursor may be carried out in the same manner as the method of supplying the metal precursor of Chemical Formula 1, and the second metal precursor may be supplied together with the metal precursor of Chemical Formula 1 onto a substrate for forming a thin film, or a metal precursor. After completion of the supply of the precursor, it may be supplied sequentially.

상기와 같은 화학식 1의 금속 전구체 및 선택적으로 제2 금속 전구체는 상기 금속막 형성용 기판과 접촉시키기 위해 반응 챔버 내로 공급되기 전까지 100 내지 200℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 130 내지 180℃의 온도를 유지하는 것이 좋다.The metal precursor of Formula 1 and optionally the second metal precursor as described above are preferably maintained at a temperature of 100 to 200° C. until supplied into the reaction chamber to bring them into contact with the substrate for forming the metal film, more preferably 130° C. It is good to maintain a temperature of 180 ° C.

또한, 금속 전구체의 공급 단계 후 반응성 가스의 공급에 앞서, 상기 화학식 1의 금속 전구체 및 선택적으로 제2 금속 전구체의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한, 챔버 내에 존재하는 불순물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다. 이때 불활성 기체의 퍼지는 반응기내 압력이 1 내지 5Torr가 되도록 실시되는 것이 바람직하다.In addition, after the step of supplying the metal precursor and before the supply of the reactive gas, the metal precursor of Chemical Formula 1 and optionally the second metal precursor are assisted in moving onto the substrate, or to have an appropriate pressure for deposition in the reactor, and also in the chamber A process of purging an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) in the reactor may be performed in order to discharge impurities present therein to the outside. At this time, it is preferable that the inert gas is purged so that the pressure in the reactor is 1 to 5 Torr.

상기한 금속 전구체들의 공급 완료 후 반응성 가스를 반응기 내로 공급하고, 반응성 가스의 존재하에서 열처리, 플라즈마 처리 및 광 조사로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 처리 공정을 실시한다.After completion of the supply of the metal precursors, a reactive gas is supplied into the reactor, and one treatment process selected from the group consisting of heat treatment, plasma treatment, and light irradiation is performed in the presence of the reactive gas.

상기 반응성 가스로는 수증기(H2O), 산소(O2), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 수소(H2), 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 히드라진(N2H4), 및 실란(SiH4) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 수증기, 산소, 오존 등과 같은 산화성 가스 존재 하에서 실시될 경우 금속 산화물 박막이 형성될 수 있고, 수소, 암모니아, 히드라진, 실란 등의 환원성 가스 존재 하에서 실시되는 경우 금속 단체 또는 금속 질화물의 박막이 형성될 수 있다.The reactive gases include water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen monoxide (NO), suboxides Any one of nitrogen (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), hydrazine (N 2 H 4 ), and silane (SiH 4 ) or a mixture thereof may be used. When carried out in the presence of an oxidizing gas such as water vapor, oxygen, or ozone, a metal oxide thin film may be formed, and when carried out in the presence of a reducing gas such as hydrogen, ammonia, hydrazine, or silane, a thin film of metal alone or metal nitride may be formed. can

또한, 상기 열처리, 플라즈마 처리 또는 광조사의 처리 공정은 금속 전구체의 증착을 위한 열에너지를 제공하기 위한 것으로, 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 바람직하게는, 충분한 성장 속도로, 목적하는 물리적 상태와 조성을 갖는 금속 박막을 제조하기 위해서는 반응기내 기판의 온도가 100 내지 1,000℃ 바람직하게는 300 내지 500℃가 되도록 상기 처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment, plasma treatment, or light irradiation treatment process is to provide thermal energy for deposition of the metal precursor, and may be performed according to a conventional method. Preferably, in order to produce a metal thin film having a desired physical state and composition at a sufficient growth rate, the treatment process is performed such that the temperature of the substrate in the reactor is 100 to 1,000 ° C., preferably 300 to 500 ° C. .

또한, 상기 처리 공정 시에도 전술한 바와 같이 반응성 가스의 기판 위로의 이동을 돕거나, 반응기 내가 증착에 적절한 압력을 갖도록 하며, 또한 반응기내 존재하는 불순물 또는 부산물 등을 외부로 방출시키기 위하여, 반응기 내에 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 헬륨(He) 등의 불활성 기체를 퍼지하는 공정이 실시될 수 있다.In addition, in the treatment process, as described above, to help the movement of the reactive gas onto the substrate, to have an appropriate pressure for deposition in the reactor, and to release impurities or by-products present in the reactor to the outside, A process of purging an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) may be performed.

상기와 같은, 금속 전구체의 투입, 반응성 가스의 투입, 그리고 불활성 기체의 투입 처리 공정은 1 사이클로 하여. 1 사이클 이상 반복 실시함으로써 금속 함유 박막이 형성될 수 있다.As described above, the input of the metal precursor, the input of the reactive gas, and the input of the inert gas are treated as one cycle. A metal-containing thin film can be formed by repeating one cycle or more.

구체적으로, 반응성 가스로서 산화성 가스를 사용할 경우 제조되는 금속 함유 박막은 하기 화학식 2의 금속 산화물을 포함할 수 있다.Specifically, when an oxidizing gas is used as a reactive gas, a metal-containing thin film prepared may include a metal oxide represented by Chemical Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

(M1-aM"a)Ob (M 1-a M" a ) O b

상기 화학식 2에서, a는 0 ≤ a < 1 이고, b는 0 < b ≤ 2 이며, M는 Zr, Hf 및 Ti로 이루어진 군에서 선택되고, M"은 제2 금속 전구체로부터 유도되는 것으로, 규소(Si), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 스트론튬(Sr), 니오브(Nb), 바륨(Ba), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta) 및 란탄족 원자로부터 선택된 것이다.In Formula 2, a is 0 ≤ a < 1, b is 0 < b ≤ 2, M is selected from the group consisting of Zr, Hf and Ti, M "is derived from a second metal precursor, silicon (Si), titanium (Ti), germanium (Ge), strontium (Sr), niobium (Nb), barium (Ba), hafnium (Hf), tantalum (Ta) and lanthanide atoms.

이러한 4족 전이금속 함유 박막의 제조방법은, 열 안정성이 우수한 금속 전구체를 이용함으로써 증착 공정시 종래에 비해 높은 온도에서 증착 공정 실시가 가능하고, 전구체의 열분해에 기인한 파티클 오염이나 탄소 등의 불순물 오염없이 고순도의 금속, 금속 산화물 또는 금속 질화물 박막을 형성할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제조방법에 따라 형성된 4족 전이금속 함유 함유 박막은 반도체 소자에서의 고유전 물질막, 특히 반도체 메모리 소자에서의 DRAM, CMOS 등에 유용하다.In the manufacturing method of such a group 4 transition metal-containing thin film, by using a metal precursor having excellent thermal stability, the deposition process can be performed at a higher temperature than in the prior art during the deposition process, and particle contamination due to thermal decomposition of the precursor or impurities such as carbon A high-purity metal, metal oxide or metal nitride thin film can be formed without contamination. Accordingly, a thin film containing a Group 4 transition metal formed according to the manufacturing method of the present invention is useful as a high dielectric material film in a semiconductor device, particularly DRAM, CMOS, etc. in a semiconductor memory device.

또 다른 실시형태로서, 상기 4족 전이금속 함유 박막의 형성 방법에 의해 형성된 4족 전이금속 함유 박막, 및 상기 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다. 일례로 상기 반도체 소자는 임의 접근 메모리(RAM)용 금속 절연체 금속(MIM)을 포함하는 반도체 소자일 수 있다.As another embodiment, a Group 4 transition metal-containing thin film formed by the method of forming the Group 4 transition metal-containing thin film and a semiconductor device including the thin film are provided. For example, the semiconductor device may be a semiconductor device including a metal insulator metal (MIM) for a random access memory (RAM).

또한, 상기 반도체 소자는 소자내 DRAM 등 고유전특성이 요구되는 물질막에 본 발명에 따른 금속 함유 박막을 포함하는 것을 제외하고는 통상의 반도체 소자의 구성과 동일하므로, 본 명세서에서는 반도체 소자의 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다.In addition, since the semiconductor device has the same configuration as a conventional semiconductor device except that the metal-containing thin film according to the present invention is included in a material film requiring high dielectric properties, such as DRAM, the configuration of the semiconductor device is described in this specification. A detailed description of is omitted.

이하 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.The effects of the present invention will be described through examples below.

1. 중간체 A의 합성1. Synthesis of Intermediate A

중간체인 3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propan-1-amine을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.Intermediate 3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propan-1-amine was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00010
Figure pat00010

불꽃 건조된 5,000㎖ 슈렝크 플라스크에서 308.5g(5.710mol, 2.5당량)의 NaOMe와 376.9g(5.710mol, 2.5당량)의 CpH을 3,200㎖ THF 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 어두운 보라색의 생성물을 제조하였다. 반응이 완료된 생성물을 500g(2.284mol, 1당량)의 3-Bromopropylamine hydrobromide와 400㎖ Hexane 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 반응물을 얻었다. 이 반응물에서 필터를 통해 여과액을 얻은 후 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 어두운 보라색 액체를 감압 증류하여 투명한 액체 화합물인 3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propan-1-amine을 200g(수율:71%) 수득하였다.In a flame-dried 5,000 ml Schlenk flask, 308.5 g (5.710 mol, 2.5 equiv) of NaOMe and 376.9 g (5.710 mol, 2.5 equiv) of CpH were stirred in 3,200 ml THF under a nitrogen atmosphere for more than 12 hours to obtain a dark purple product. manufactured. The reacted product was stirred for 12 hours or longer in a nitrogen atmosphere in 500g (2.284mol, 1 equivalent) of 3-Bromopropylamine hydrobromide and 400㎖ Hexane to obtain a reactant. After obtaining a filtrate from the reactant through a filter, the solvent and volatile side reactants were removed under reduced pressure. Subsequently, the remaining dark purple liquid was distilled under reduced pressure to obtain 200 g (yield: 71%) of 3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propan-1-amine as a transparent liquid compound.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ6.46~5.90, 2.78~2.66 (m, 4H, CpH), δ2.51~2.43 (m, 2H, -CH2-), δ2.31~2.23(m, 2H, -CH2-), δ1.55~1.39 (m, 2H, -CH2-), δ0.46(s, 2H, NH2)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ℃), δ6.46~5.90, 2.78~2.66 (m, 4H, CpH), δ2.51~2.43 (m, 2H, - Characteristics of CH 2 -), δ2.31~2.23(m, 2H, -CH 2 -), δ1.55~1.39 (m, 2H, -CH 2 -), δ0.46(s, 2H, NH 2 ) By confirming the peak, it was confirmed that the target compound was synthesized.

2. 중간체 B의 합성2. Synthesis of Intermediate B

중간체인 N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-trimethylsilanamine을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.The intermediate N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-trimethylsilanamine was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00011
Figure pat00011

불꽃 건조된 5,000㎖ 슈렝크 플라스크에서 200g(1.622mol, 1당량)의 중간체A와 180g(1.784mol, 1.1당량)의 Triethylamine, 194g(1.784mol, 1.1당량)의 chlorotrimethylsilane을 3,000㎖ THF 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 흰색의 현탁액을 제조하였다. 반응이 완료된 이 현탁액을 필터를 통해 여과액을 얻은 후 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 투명한 액체 화합물인 N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-trimethylsilanamine을 152g(수율:48%) 수득하였다. In a flame-dried 5,000 ml Schlenk flask, 200 g (1.622 mol, 1 equivalent) of intermediate A, 180 g (1.784 mol, 1.1 equivalent) of triethylamine, and 194 g (1.784 mol, 1.1 equivalent) of chlorotrimethylsilane were mixed in 3,000 ml THF under a nitrogen atmosphere. Stirring over 12 hours gave a white suspension. After the reaction was completed, the suspension was filtered to obtain a filtrate, and the solvent and volatile side reactants were removed under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 152 g (yield: 48%) of N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-trimethylsilanamine, a transparent liquid compound. did

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ6.48~5.96, 2.79~2.69 (m, 4H, CpH), δ2.67~2.60 (m, 2H, -CH2-), δ2.35~2.27 (m, 2H, -CH2-), δ1.61~1.45 (m, 2H, -CH2-), δ0.07(s, 9H, -Si(CH3)3)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ℃), δ6.48~5.96, 2.79~2.69 (m, 4H, CpH), δ2.67~2.60 (m, 2H, - CH 2 -), δ2.35~2.27 (m, 2H, -CH 2 -), δ1.61~1.45 (m, 2H, -CH 2 -), δ0.07(s, 9H, -Si(CH 3 ) It was confirmed that the target compound was synthesized by confirming the characteristic peak of 3 ).

3. 중간체 C의 합성3. Synthesis of Intermediate C

중간체인 N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-triethylsilanamine을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.The intermediate N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-triethylsilanamine was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00012
Figure pat00012

불꽃 건조된 500㎖ 슈렝크 플라스크에서 20g(0.16mol, 1당량)의 중간체A와 18.1g(0.16mol, 1당량)의 Triethylamine, 26.9g(0.16mol, 1당량)의 chlorotriethylsilane을 300㎖ Tol 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 흰색의 현탁액을 제조하였다. 반응이 완료된 이 현탁액을 필터를 통해 여과액을 얻은 후 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 투명한 액체 화합물인 N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-triethylsilanamine을 19.15g(수율:49%) 수득하였다. In a flame-dried 500 ml Schlenk flask, 20 g (0.16 mol, 1 equiv.) of intermediate A, 18.1 g (0.16 mol, 1 equiv.) of triethylamine, and 26.9 g (0.16 mol, 1 equiv.) of chlorotriethylsilane were mixed with nitrogen in 300 ml Tol. The mixture was stirred for 12 hours or more under an atmosphere to prepare a white suspension. After the reaction was completed, the suspension was filtered to obtain a filtrate, and the solvent and volatile side reactants were removed under reduced pressure. Subsequently, the remaining light yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 19.15 g of N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1,1-triethylsilanamine, a transparent liquid compound (yield: 49%). obtained.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ6.49~5.97, 2.80~2.69 (m, 4H, CpH), δ2.71~2.63(m, 2H, -CH2-), δ2.36~2.28 (m, 2H, -CH2-), δ1.63~1.47 (m, 2H, -CH2-), δ1.02~0.98 (t, 9H, -(CH3)3), δ0.57~0.51 (q, 6H, -Si-(CH2)3-), δ0.1 (s, 1H, -NH-)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ℃), δ6.49~5.97, 2.80~2.69 (m, 4H, CpH), δ2.71~2.63 (m, 2H, - CH 2 -), δ2.36~2.28 (m, 2H, -CH 2 -), δ1.63~1.47 (m, 2H, -CH 2 -), δ1.02~0.98 (t, 9H, -(CH 3 ) 3 ), δ0.57~0.51 (q, 6H, -Si-(CH 2 ) 3 -), δ0.1 (s, 1H, -NH-), confirming the characteristic peaks to confirm that the target compound was synthesized. Confirmed.

4. 중간체 D의 합성4. Synthesis of Intermediate D

중간체인 N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1-dimethylsilanamine을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.The intermediate N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1-dimethylsilanamine was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00013
Figure pat00013

불꽃 건조된 1,000㎖ 슈렝크 플라스크에서 20g(0.16mol, 1당량)의 중간체A와 18.1g(0.16mol, 1당량)의 Triethylamine, 16.9g(0.16mol, 1당량)의 chlorodimethylsilane을 500㎖ Tol 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 노색의 현탁액을 제조하였다. 반응이 완료된 이 현탁액을 필터를 통해 여과액을 얻은 후 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 투명한 액체 화합물인 N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1-dimethylsilanamine을 23g(수율:79%) 수득하였다. In a flame-dried 1,000 ml Schlenk flask, 20 g (0.16 mol, 1 equiv.) of intermediate A, 18.1 g (0.16 mol, 1 equiv.) of triethylamine, and 16.9 g (0.16 mol, 1 equiv.) of chlorodimethylsilane were mixed with nitrogen in 500 ml Tol. The mixture was stirred for 12 hours or more under an atmosphere to prepare a yellow suspension. After the reaction was completed, the suspension was filtered to obtain a filtrate, and the solvent and volatile side reactants were removed under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 23 g (yield: 79%) of N-(3-(cyclopenta-2,4-dien-1-yl)propyl)-1,1-dimethylsilanamine, a transparent liquid compound.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ6.45~5.94, 2.78~2.67 (m, 4H, CpH), δ4.72~4.70 (m, 1H, -SiH), δ2.70~2.61 (m, 2H, -CH2-), δ2.32~2.25 (m, 2H, -CH2-), δ1.60~1.44 (m, 2H, -CH2-), δ0.1~0.09 (s, 6H, -Si(CH3)2)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ° C), δ6.45-5.94, 2.78-2.67 (m, 4H, CpH), δ4.72-4.70 (m, 1H, - SiH), δ2.70~2.61 (m, 2H, -CH 2 -), δ2.32~2.25 (m, 2H, -CH 2 -), δ1.60~1.44 (m, 2H, -CH 2 -) , δ 0.1 ~ 0.09 (s, 6H, -Si(CH 3 ) 2 ) by confirming the characteristic peak, it was confirmed that the target compound was synthesized.

5. Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium(Ⅳ)의 합성5. Synthesis of Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium(IV)

Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium(Ⅳ)을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium (IV) was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00014
Figure pat00014

불꽃 건조된 1,000㎖ 슈렝크 플라스크에서 108.6g(0.55mol, 1당량)의 중간체 B와 202㎖(0.55mol, 1당량)의 Tetrakis(dimethylamino)hafnium(2.5M)을 500㎖ Hexane 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 연노란색의 생성물을 제조하였다. 반응이 완료된 이 생성물을 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 연노란색의 액체 화합물인 Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium(Ⅳ)을 74g(수율:29%) 수득하였다. In a flame-dried 1,000 ml Schlenk flask, 108.6 g (0.55 mol, 1 equivalent) of intermediate B and 202 ml (0.55 mol, 1 equivalent) of Tetrakis (dimethylamino) hafnium (2.5 M) were mixed in 500 ml Hexane under a nitrogen atmosphere for 12 After stirring for an hour or longer, a pale yellow product was obtained. After the reaction was completed, the solvent and volatile side reactants were removed from the product under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 74 g (yield: 29%) of Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium (IV), a pale yellow liquid compound.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ5.97~5.76, 3.08~3.05 (m, 4H, CpH), δ3.08~3.05 (m, 2H, -CH2-), δ2.92 (s, 12H, -(N(CH3)2)2), δ2.51~2.48 (m, 2H, -CH2-), δ1.62~1.56 (m, 2H, -CH2-), δ0.21 (s, 9H, -Si(CH3)3)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ° C), δ5.97-5.76, 3.08-3.05 (m, 4H, CpH), δ3.08-3.05 (m, 2H, - CH 2 -), δ2.92 (s, 12H, -(N(CH 3 ) 2 ) 2 ), δ2.51~2.48 (m, 2H, -CH 2 -), δ1.62~1.56 (m, 2H , -CH 2 -), and δ0.21 (s, 9H, -Si(CH 3 ) 3 ) characteristic peaks were confirmed to confirm that the target compound was synthesized.

6. Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Zirconium(Ⅳ)의 합성6. Synthesis of Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Zirconium (IV)

Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Zirconium(Ⅳ)을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Zirconium (IV) was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00015
Figure pat00015

불꽃 건조된 250㎖ 슈렝크 플라스크에서 12g(0.06mol, 1당량)의 중간체 B와 15g(0.06mol, 1당량)의 Tetrakis(dimethylamino)zirconium을 100㎖ Hexane 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 연노란색의 생성물을 제조하였다. 반응이 완료된 이 생성물을 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 연노란색의 액체 화합물인 Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Zirconium(Ⅳ)을 3g(수율:13%) 수득하였다. In a flame-dried 250㎖ Schlenk flask, 12g (0.06mol, 1equivalent) of Intermediate B and 15g (0.06mol, 1equivalent) of Tetrakis(dimethylamino)zirconium were stirred in 100㎖ Hexane under a nitrogen atmosphere for more than 12 hours to obtain a pale yellow color. of the product was prepared. After the reaction was completed, the solvent and volatile side reactants were removed from the product under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 3 g (yield: 13%) of Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Zirconium (IV), a pale yellow liquid compound.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ6.00~5.78 (m, 4H, CpH), δ3.07~3.04 (m, 2H, -CH2-), δ2.88 (s, 12H, -(N(CH3)2)2), δ2.52~2.49 (m, 2H, -CH2-), δ1.63~1.57 (m, 2H, -CH2-), δ0.22 (s, 9H, -Si(CH3)3)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ℃), δ6.00~5.78 (m, 4H, CpH), δ3.07~3.04 (m, 2H, -CH 2 -) , δ2.88 (s, 12H, -(N(CH 3 ) 2 ) 2 ), δ2.52~2.49 (m, 2H, -CH 2 -), δ1.63~1.57 (m, 2H, -CH 2 -), δ 0.22 (s, 9H, -Si(CH 3 ) 3 ) by checking the characteristic peaks, it was confirmed that the target compound was synthesized.

7. Cyclopentadienpropyltriethylsilane Hafnium(Ⅳ)의 합성7. Synthesis of Cyclopentadienpropyltriethylsilane Hafnium(IV)

Cyclopentadienpropyltriethylsilane Hafnium(Ⅳ)을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.Cyclopentadienpropyltriethylsilane Hafnium (IV) was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00016
Figure pat00016

불꽃 건조된 250㎖ 슈렝크 플라스크에서 8g(0.03mol, 1당량)의 중간체 C와 12㎖(0.03mol, 1당량)의 Tetrakis(dimethylamino)hafnium(2.5M)을 100㎖ Hexane 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 연노란색의 생성물을 제조하였다. 반응이 완료된 이 생성물을 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 연노란색의 액체 화합물인 Cyclopentadienpropyltriethylsilane Hafnium(Ⅳ)을 2g(수율:12%) 수득하였다.In a flame-dried 250㎖ Schlenk flask, 8g (0.03mol, 1equivalent) of Intermediate C and 12㎖ (0.03mol, 1equivalent) of Tetrakis(dimethylamino)hafnium (2.5M) were stirred in 100㎖ Hexane under a nitrogen atmosphere for 12 hours. A pale yellow product was obtained by further stirring. After the reaction was completed, the solvent and volatile side reactants were removed from the product under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 2 g (yield: 12%) of Cyclopentadienpropyltriethylsilane Hafnium (IV), a pale yellow liquid compound.

8. Cyclopentadienpropyltriethylsilane Zirconium(Ⅳ)의 합성8. Synthesis of Cyclopentadienpropyltriethylsilane Zirconium (IV)

Cyclopentadienpropyltriethylsilane Zirconium(Ⅳ)을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.Cyclopentadienpropyltriethylsilane Zirconium (IV) was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00017
Figure pat00017

불꽃 건조된 250㎖ 슈렝크 플라스크에서 8g(0.03mol, 1당량)의 중간체 C와 8.2g(0.03mol, 1당량)의 Tetrakis(dimethylamino)zirconium을 100㎖ Hexane 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 연노란색의 생성물을 제조하였다. 반응이 완료된 이 생성물을 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 연노란색의 액체 화합물인 Cyclopentadienpropyltriethylsilane Zirconium(Ⅳ)을 2.5g(수율:18%) 수득하였다. In a flame-dried 250㎖ Schlenk flask, 8g (0.03mol, 1equivalent) of Intermediate C and 8.2g (0.03mol, 1equivalent) of Tetrakis(dimethylamino)zirconium were stirred in 100㎖ Hexane under a nitrogen atmosphere for more than 12 hours, and A yellow product was prepared. After the reaction was completed, the solvent and volatile side reactants were removed from the product under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 2.5 g (yield: 18%) of Cyclopentadienpropyltriethylsilane Zirconium (IV), a pale yellow liquid compound.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ6.03~5.81 (m, 4H, CpH), δ3.06~2.89 (m, 2H, -CH2-), δ2.89 (s, 12H, -(N(CH3)2)2), δ2.54~2.50(m, 2H, -CH2-), δ1.63~1.57 (m, 2H, -CH2-), δ1.12~1.08 (t, 9H, -(CH3)3), δ0.69~0.63 (q, 6H, -Si-(CH2)3-)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ℃), δ6.03~5.81 (m, 4H, CpH), δ3.06~2.89 (m, 2H, -CH 2 -) , δ2.89 (s, 12H, -(N(CH 3 ) 2 ) 2 ), δ2.54~2.50(m, 2H, -CH 2 -), δ1.63~1.57 (m, 2H, -CH 2 - ), δ1.12~1.08 (t, 9H, -(CH 3 ) 3 ), δ0.69~0.63 (q, 6H, -Si-(CH 2 ) 3 -) by confirming the characteristic peaks of the target compound It was confirmed that this was synthesized.

9. Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Hafnium(Ⅳ)의 합성9. Synthesis of Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Hafnium(IV)

Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Hafnium(Ⅳ)을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Hafnium (IV) was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00018
Figure pat00018

불꽃 건조된 250㎖ 슈렝크 플라스크에서 3g(0.016mol, 1당량)의 중간체 D와 5.34g(0.016mol, 1당량)의 Tetrakis(dimethylamino)hafnium을 100㎖ Hexane 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 연노란색의 생성물을 제조하였다. 반응이 완료된 이 생성물을 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 연노란색의 액체 화합물인 Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Hafnium(Ⅳ)을 7g(수율:87%) 수득하였다. In a flame-dried 250㎖ Schlenk flask, 3g (0.016mol, 1equivalent) of intermediate D and 5.34g (0.016mol, 1equivalent) of Tetrakis(dimethylamino) hafnium were stirred in 100㎖ Hexane under a nitrogen atmosphere for 12 hours or more to A yellow product was prepared. After the reaction was completed, the solvent and volatile side reactants were removed from the product under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 7g (yield: 87%) of Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Hafnium (IV), a pale yellow liquid compound.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ5.99~5.78 (m, 4H, CpH), δ3.09~3.06 (m, 2H, -CH2-), δ2.91 (s, 12H, -(N(CH3)2)2), δ2.54~2.49 (m, 6H, -Si(N(CH3)2), δ2.52~2.49 (m, 2H, -CH2-), δ1.66~1.60 (m, 2H, -CH2-), δ0.22 (s, 6H, -Si(CH3)2)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ℃), δ5.99~5.78 (m, 4H, CpH), δ3.09~3.06 (m, 2H, -CH 2 -) , δ2.91 (s, 12H, -(N(CH 3 ) 2 ) 2 ), δ 2.54 to 2.49 (m, 6H, -Si(N(CH 3 ) 2 ), δ 2.52 to 2.49 (m, 2H, -CH 2 -), δ1.66~1.60 (m, 2H, -CH 2 -), δ0.22 (s, 6H, -Si(CH 3 ) 2 ) by confirming the characteristic peaks, It was confirmed that it was synthesized.

10. Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Zirconium(Ⅳ)의 합성10. Synthesis of Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Zirconium(IV)

Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Zirconium(Ⅳ)을 다음과 같은 반응경로로 합성하였다.Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Zirconium (IV) was synthesized through the following reaction pathway.

Figure pat00019
Figure pat00019

불꽃 건조된 250㎖ 슈렝크 플라스크에서 3g(0.016mol, 1당량)의 중간체 D와 4.02g(0.016mol, 1당량)의 Tetrakis(dimethylamino)zirconium을 100㎖ Hexane 중에서 질소 분위기 하에 12시간 이상 교반하여 연노란색의 생성물을 제조하였다. 반응이 완료된 이 생성물을 감압하에 용매 및 휘발성 부반응물을 제거하였다. 이어서 남겨진 연한 노란색 액체를 감압 증류하여 연노란색의 액체 화합물인 Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Zirconium(Ⅳ)을 5g(수율:75%) 수득하였다. In a flame-dried 250㎖ Schlenk flask, 3g (0.016mol, 1equivalent) of intermediate D and 4.02g (0.016mol, 1equivalent) of Tetrakis(dimethylamino)zirconium were stirred in 100㎖ Hexane under a nitrogen atmosphere for more than 12 hours to A yellow product was prepared. After the reaction was completed, the solvent and volatile side reactants were removed from the product under reduced pressure. Subsequently, the remaining pale yellow liquid was distilled under reduced pressure to obtain 5 g (yield: 75%) of Cyclopentadienpropyltetramethylsilanamine Zirconium (IV), a pale yellow liquid compound.

생성물을 1H-NMR(400MHz, C6D6, 25℃)로 분석한 결과, δ6.01~5.80 (m, 4H, CpH), δ 3.07~3.05 (m, 2H, -CH2-), δ2.87 (s, 12H, -(N(CH3)2)2), δ2.54~2.51 (m, 2H, -CH2-), δ2.53 (s, 6H, -Si(N(CH3)2), δ1.66~1.61 (m, 2H, -CH2-), δ0.23 (s, 6H, -Si(CH3)2)의 특성 피크를 확인하여 목적하는 화합물이 합성되었음을 확인하였다.As a result of analyzing the product by 1 H-NMR (400 MHz, C 6 D 6 , 25 ° C), δ 6.01 to 5.80 (m, 4H, CpH), δ 3.07 to 3.05 (m, 2H, -CH 2 -), δ2.87 (s, 12H, -(N(CH 3 ) 2 ) 2 ), δ2.54 to 2.51 (m, 2H, -CH 2 -), δ2.53 (s, 6H, -Si(N(CH 3 ) 2 ), δ1.66~1.61 (m, 2H, -CH 2 -), δ0.23 (s, 6H, -Si(CH 3 ) 2 ) confirmed that the desired compound was synthesized by checking the characteristic peaks did

[실시예 1][Example 1]

HfSiOx 증착 공정을 수행하기 위하여 반응 챔버 내에 6인치 p-타입 Si 웨이퍼를 위치시키고, 반응 챔버 내부를 아르곤(Ar) 가스로 퍼지한 다음, 원자층 증착 장비((주)CN1사 6" ATOMIC PREMIUM)를 사용하여 200 내지 350℃의 분위기에서 전구체와 산화성 기체인 오존(O3) 및 주입하여 HfSiOx의 유전막을 증착하였다. 상기 전구체로는 Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium(Ⅳ)을 사용하여 증착 실험을 실시하였다.To perform the HfSiO x deposition process, a 6-inch p-type Si wafer is placed in the reaction chamber, the inside of the reaction chamber is purged with argon (Ar) gas, and atomic layer deposition equipment (CN1 Co., Ltd. 6" ATOMIC PREMIUM ) was used to deposit a dielectric film of HfSiO x by injecting a precursor and an oxidizing gas, ozone (O 3 ), in an atmosphere of 200 to 350 ° C. A deposition experiment was conducted using Cyclopentadienpropyltrimethylsilane Hafnium (IV) as the precursor.

이때, 상기 온도의 따른 증착 되는 박막 두께 (GPC) 변화율을 확인하기 위하여 200 내지 350℃ 반응 온도 구간에서 공정 온도를 Spilt하여 공정 온도의 따른 HfSiOx 박막의 GPC 변화(Å/cycle)를 측정하였다. 증착율을 측정한 결과는 하기 표 1 및 도 2와 같다.At this time, in order to check the change rate of the deposited thin film thickness (GPC) according to the temperature, the process temperature was spilt in the reaction temperature range of 200 to 350 ° C., and the GPC change (Å / cycle) of the HfSiO x thin film according to the process temperature was measured. The results of measuring the deposition rate are shown in Table 1 and FIG. 2 below.

반응 온도 구간 reaction temperature range HfSiOx 증착률(Å/cycle)HfSiOx deposition rate (Å/cycle) 200200 0.710.71 250250 0.810.81 280280 0.960.96 300300 1One 310310 1.011.01 320320 1.071.07 330330 1.11.1 340340 1.21.2 350350 1.311.31

또한, 공정의 인큐베이션 싸이클을 확인하기 위하여 공정 싸이클을 1 내지 200 cycle로 Split하여 싸이클 수의 따른 증착률을 확인하였으며 그 결과는 도 8과 같다.In addition, in order to confirm the incubation cycle of the process, the process cycle was split into 1 to 200 cycles to confirm the deposition rate according to the number of cycles, and the results are shown in FIG. 8.

또한, 안정적인 유전막 형성용 전구체를 공급하기 위하여 전구체 보관 용기(Canister)를 140℃ 이상 가열하고, 운반 가스로 아르곤(Ar)가스를 사용하여 반응로로 공급하였으며, 산화를 위한 반응 가스로는 오존발생기를 통하여 발생시키는 오존을 반응로로 공급하였다.In addition, in order to supply a stable precursor for forming a dielectric film, the precursor storage container (Canister) was heated to 140 ° C or higher, argon (Ar) gas was used as a carrier gas and supplied to the reactor, and an ozone generator was used as a reaction gas for oxidation. Ozone generated through the reactor was supplied to the reactor.

그 외, 원자층 증착 조건은 하기 표 2와 같으며, 이러한 과정을 1 사이클로 하여 HfSiOx 유전막 증착 공정 싸이클을 반복하여 박막을 증착하였다.In addition, atomic layer deposition conditions are shown in Table 2 below, and a thin film was deposited by repeating the HfSiO x dielectric film deposition process cycle using this process as one cycle.

반응 챔버 내부를 퍼지하기 위한 아르곤 가스의 유량Flow rate of argon gas to purge the inside of the reaction chamber 1000 sccm1000 sccm 유전막 형성용 전구체 공급 시간Precursor supply time for dielectric film formation 6s6s 유전막 형성용 전구체 Ar 퍼지 시간Precursor Ar purge time for dielectric film formation 15s15s 산화성 기체 공급 시간Oxidizing gas supply time 13s13s 산화성 기체 (오존(O3)) 공급 농도 Oxidizing gas (ozone (O 3 )) supply concentration 180 GNM180 GNM 산화성 기체 퍼지 oxidizing gas purge 15s15s

상기 증착 조건에 의해 형성된 박막을 XRD로 분석한 결과 도 4에서와 같이 HfSiOx 유전막이 형성되는 것을 확인하였다.As a result of analyzing the thin film formed by the above deposition conditions by XRD, it was confirmed that a HfSiOx dielectric film was formed as shown in FIG. 4 .

또한, 300℃에서 ALD 증착 공정에 의해 제작 된 박막의 XPS 분석을 통해 박막 내 Hf, O, Si 및 탄소 등의 함유량을 측정한 결과, Hf 20.4at%, Si 14.7at%, O 58.9at%로 나타나 Hf : Si : O의 원자비율이 1 : 0.72 : 2.89인 것을 확인하였다. 이와 별개로 산화제로 산소 플라즈마를 사용한 샘플의 조성비는 Hf 19.5at%, Si 19.3at%, O 59.4at%로 나타나 Hf : Si : O의 원자비율이 1 : 0.99 : 3.05로 확인하였다. 어떤 경우에서든 HfSiOx 박막이 형성되는 것으로 나타났다.In addition, as a result of measuring the contents of Hf, O, Si, and carbon in the thin film through XPS analysis of the thin film produced by the ALD deposition process at 300 ° C, Hf 20.4at%, Si 14.7at%, O 58.9at% It was confirmed that the atomic ratio of Hf : Si : O was 1 : 0.72 : 2.89. Separately, the composition ratio of the sample using oxygen plasma as an oxidizing agent was 19.5 at% Hf, 19.3 at% Si, and 59.4 at% O, confirming that the atomic ratio of Hf: Si: O was 1: 0.99: 3.05. In any case, it was shown that HfSiO x thin films were formed.

또한, XRR 분석으로 박막의 밀도를 측정한 결과 본 발명의 HfSiOx 박막의 밀도를 분석한 결과, 산화제로 오존을 사용한 Thermal ALD sample의 밀도는 5.41g/㎤이며, 산화제로 O2 플라즈마를 사용한 샘플의 밀도는 5.32g/㎤로 확인되었다.In addition, as a result of measuring the density of the thin film by XRR analysis, the density of the HfSiO x thin film of the present invention was analyzed. The density of was found to be 5.32 g/cm 3 .

이러한 결과로부터 본 발명에 따른 전구체를 이용하면 박막 형성 공정을 통해 고품질의 4족 전이금속 함유 박막을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.From these results, it was confirmed that a high-quality thin film containing a Group 4 transition metal can be manufactured through a thin film formation process using the precursor according to the present invention.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시형태를 들어 설명하였으나, 상기 실시형태들에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been described with preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of not departing from the spirit of the present invention. and change is possible. Such modifications and variations are to be regarded as falling within the scope of this invention and the appended claims.

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체.

[화학식 1]
Figure pat00020


상기 화학식 1에서,
M은 Ti, Zr, 또는 Hf이고,
X는 수소원자, C1-C5의 알킬기, NR4R5 또는 OR6이며,
R1 내지 R6는 서로 같거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기이고,
R1은 어느 하나가 알킬아민기일 수 있으며,
n은 1, 2 또는 3의 자연수이다.
A precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal, characterized in that it comprises an organometallic compound represented by Formula 1 below.

[Formula 1]
Figure pat00020


In Formula 1,
M is Ti, Zr, or Hf;
X is a hydrogen atom, a C 1 -C 5 alkyl group, NR 4 R 5 or OR 6 ;
R 1 to R 6 may be the same as or different from each other, and each independently represent a hydrogen atom or a C 1 -C 5 straight-chain, branched or cyclic alkyl group;
Any one of R 1 may be an alkylamine group,
n is a natural number of 1, 2 or 3;
청구항 1에 있어서,
용매를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체.
The method of claim 1,
A precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal, characterized in that it further comprises a solvent.
청구항 2에 있어서,
상기 용매는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 케톤, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체.
The method of claim 2,
The solvent is a precursor for forming a thin film containing a Group 4 transition metal, characterized in that any one or more of C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons, ketones, ethers, glymes, esters, tetrahydrofuran, and tertiary amines.
청구항 2에 있어서,
상기 용매는 상기 4족 전이금속 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체.
The method of claim 2,
The solvent is a precursor for forming a thin film containing a group 4 transition metal, characterized in that contained in 1 to 99% by weight relative to the total weight of the precursor for forming a group 4 transition metal thin film.
청구항 1 또는 2에 따른 4족 전이금속 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 금속 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법.
A method of forming a thin film containing a Group 4 transition metal, comprising depositing a metal thin film on a substrate using the precursor for forming a Group 4 transition metal thin film according to claim 1 or 2.
청구항 5에 있어서,
상기 4족 전이금속 박막은 원자층 증착 또는 화학 기상 증착에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법.
The method of claim 5,
The group 4 transition metal thin film is a method of forming a thin film containing a group 4 transition metal, characterized in that deposited by atomic layer deposition or chemical vapor deposition.
청구항 5에 있어서,
상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법.
The method of claim 5,
A method of forming a thin film containing a group 4 transition metal, characterized in that it comprises the step of vaporizing the precursor for forming a thin film containing a group 4 transition metal and transferring it into a chamber.
청구항 5에 있어서,
상기 증착하는 단계는,
챔버 내에 기판을 위치하는 단계;
상기 4족 전이금속 함유 박막 형성용 전구체 조성물을 상기 챔버 내에 공급하는 단계;
상기 챔버 내에 반응성 기체 또는 반응성 기체의 플라즈마를 공급하는 단계;
상기 챔버 내에서 열 처리, 플라즈마 처리 및 광 조사 중 어느 하나 또는 그 이상의 수단에 의해 처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법.
The method of claim 5,
In the deposition step,
positioning a substrate within the chamber;
supplying the Group 4 transition metal-containing precursor composition for forming a thin film into the chamber;
supplying a reactive gas or plasma of a reactive gas into the chamber;
processing in the chamber by any one or more means of heat treatment, plasma treatment, and light irradiation;
Group 4 transition metal-containing thin film forming method comprising a.
청구항 8에 있어서,
상기 증착하는 단계는 250 내지 400℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법.
The method of claim 8,
The depositing step is a method of forming a thin film containing a Group 4 transition metal, characterized in that carried out at 250 to 400 ℃.
청구항 5의 4족 전이금속 함유 박막 형성 방법에 의해 제조된 4족 전이금속 함유 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
A semiconductor device comprising a Group 4 transition metal-containing thin film prepared by the method of forming a Group 4 transition metal-containing thin film of claim 5.
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