WO2012018086A1 - マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物、及び当該マグネシウム化合物を用いるマグネシウム含有薄膜の製造方法 - Google Patents

マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物、及び当該マグネシウム化合物を用いるマグネシウム含有薄膜の製造方法 Download PDF

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    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/403Oxides of aluminium, magnesium or beryllium

Definitions

  • the present invention relates to a novel magnesium bis (dialkylamide) compound and a method for producing a magnesium-containing thin film by a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method) using the magnesium compound.
  • magnesium compound for producing a magnesium-containing thin film various types of magnesium compounds such as alkyl magnesium, magnesium alkoxide, magnesium diketonate have been studied (for example, see Patent Documents 1 and 2). Among them, bis (cyclopentadienyl) magnesium and related compounds are mainly used.
  • Patent Document 3 As raw materials for forming other metal-containing thin films such as titanium-containing thin films, zirconium-containing thin films, hafnium-containing thin films, and aluminum-containing thin films, compounds having a dialkylamide ligand have been proposed (Patent Document 3). reference).
  • Magnesium bis (dialkylamide) compounds are also known, and are used, for example, as polymerization catalysts, raw materials for producing pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like (see, for example, Non-Patent Document 1 and Patent Document 4).
  • magnesium compounds are not necessarily optimal in the production of magnesium-containing thin films, such as vapor pressure, thermal stability, and reactivity, and even the most adopted bis (cyclopentadienyl) magnesium contains magnesium. It was difficult to say that the magnesium compound was sufficient to produce a thin film. Therefore, a magnesium compound that satisfies all physical properties such as vapor pressure, thermal stability, and reactivity has been demanded.
  • An object of the present invention is to provide an industrially suitable magnesium compound, more specifically, production of a magnesium-containing thin film by a CVD method, which can solve the above-mentioned problems and can produce a magnesium-containing thin film by a simple method.
  • the present invention provides a magnesium compound suitable for the above.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a magnesium-containing thin film using the magnesium compound.
  • the present invention relates to the following matters.
  • R 1 represents an isopropyl group or a branched alkyl group having 4 to 6 carbon atoms
  • R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, provided that R 1 and R 2 are both isopropyl groups, R 1 and R 2 are both isobutyl groups, and R 1 is an isopropyl group and R 2 is a methyl group.
  • R 3 and R 4 may be the same or different and each independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • R 1 represents an isopropyl group or a branched alkyl group having 4 to 6 carbon atoms
  • R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, provided that R 1 and R 2 are both isopropyl groups, R 1 and R 2 are both isobutyl groups, and R 1 is an isopropyl group and R 2 is a methyl group.
  • R 1 represents an isopropyl group or a branched alkyl group having 4 to 6 carbon atoms
  • R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, provided that R 1 and R 2 are both isopropyl groups, R 1 and R 2 are both isobutyl groups, and R 1 is an isopropyl group and R 2 is a methyl group.
  • a novel magnesium bis (dialkylamide) compound particularly suitable for film formation by the CVD method.
  • a magnesium compound Using the magnesium compound, a magnesium-containing thin film can be produced with good film forming characteristics by a CVD method.
  • the magnesium bis (dialkylamide) compound of the present invention is represented by the general formula (1).
  • R 1 represents an isopropyl group or a branched alkyl group having 4 to 6 carbon atoms such as t-butyl group, t-pentyl group or neopentyl group
  • R 2 represents a methyl group
  • R 1 and R 2 are both isopropyl groups
  • R 1 and R 2 are both isobutyl groups
  • R 1 is an isopropyl group and R 2 is a methyl group.
  • Two R 1 may be different, two R 2 may be different, but the two R 1 are the same, since the two R 2 may be the same compound can be relatively easily synthesized, preferable.
  • R 1 is a branched alkyl group having 4 to 5 carbon atoms
  • R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • R 1 is particularly preferably a t-butyl group, a t-pentyl group, or a neopentyl group.
  • R 2 is particularly preferably a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, a t-butyl group, a t-pentyl group, or a neopentyl group.
  • R 1 is a t-butyl group, a t-pentyl group, more preferably a t-butyl group
  • R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a methyl group.
  • Ethyl group isopropyl group, t-butyl group, t-pentyl group, and neopentyl group.
  • magnesium bis (dialkylamide) compound of the present invention examples include compounds represented by the following formulas (6) to (20).
  • the synthesis of the magnesium bis (dialkylamide) compound of the present invention can be carried out by the following method (A) or (B) (hereinafter also referred to as the reaction of the present invention).
  • R 1 and R 2 are as defined above, and R 3 and R 4 represent a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. R 3 and R 4 are the same. Or they may be different, and X represents a halogen atom.
  • Method (A) is a method of synthesizing a magnesium bis (dialkylamide) compound by reacting a dialkylmagnesium compound with a dialkylamine.
  • the dialkylmagnesium compound used in the reaction (A) of the present invention is represented by the general formula (2).
  • R 3 and R 4 are methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, n-pentyl group, t-pentyl group.
  • R 3 and R 4 may be the same or different.
  • dialkylmagnesium compound used in the reaction (A) of the present invention a commercially available product can be used, and it can be produced from metallic magnesium by a known method.
  • di (n-butyl) magnesium or n-butylethylmagnesium is preferably used.
  • the dialkylamine used in the reaction (A) of the present invention is represented by the general formula (3).
  • R 1 and R 2 correspond to R 1 and R 2 in the formula (1), respectively, and have the same meanings as described above.
  • the dialkylamine used in the reaction (A) of the present invention includes t-butylmethylamine, t-butylethylamine, t-butylisopropylamine, di-t-butylamine, t-butyl-t-pentylamine, di- -T-pentylamine and the like are preferable.
  • the amount of the dialkylamine used is preferably 1.5 to 3.0 mol, more preferably 1.8 to 2.2 mol, per 1 mol of dialkylmagnesium.
  • the reaction (A) of the present invention is preferably performed in an organic solvent.
  • the organic solvent used is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction.
  • ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, and dioxane
  • aliphatics such as hexane, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, and ethylcyclohexane
  • hydrocarbons include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and ethers, aliphatic hydrocarbons, and mixed solvents of ethers and aliphatic hydrocarbons are preferably used.
  • the amount of the organic solvent used is preferably 1 to 100 g, more preferably 1 to 10 g, with respect to 1 g of dialkyl magnesium.
  • the reaction (A) of the present invention is performed by, for example, a method of mixing a dialkylmagnesium compound, a dialkylamine and an organic solvent and reacting them with stirring.
  • the reaction temperature at that time is preferably ⁇ 20 to 120 ° C., more preferably 0 to 100 ° C., and the reaction pressure is not particularly limited.
  • Method (B) is a method of synthesizing a magnesium bis (dialkylamide) compound by reacting lithium dialkylamide synthesized from dialkylamine and alkyllithium with dihalogenomagnesium.
  • the dialkylamine used in the reaction (B) of the present invention is represented by the general formula (3).
  • R 1 and R 2 correspond to R 1 and R 2 in the formula (1), respectively, and have the same meanings as described above.
  • the alkyl lithium used in the reaction (B) of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include methyl lithium, ethyl lithium, n-butyl lithium, s-butyl lithium, t-butyl lithium, etc., preferably n- Butyl lithium is used.
  • the amount of the alkyl lithium used is preferably 0.8 to 1.2 mol, more preferably 0.9 to 1.1 mol, per 1 mol of dialkylamine.
  • lithium dialkylamide is synthesized from dialkylamine and alkyllithium, and this lithium dialkylamide is reacted with dihalogenomagnesium.
  • the dihalogeno magnesium used in the reaction (B) of the present invention is represented by the general formula (5).
  • X represents a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom, preferably a chlorine atom.
  • the amount of dihalogenomagnesium used is preferably 0.3 to 0.6 mol, more preferably 0.45 to 0.55 mol, per 1 mol of dialkylamine.
  • the amount of lithium dialkylamide used is preferably 1.5 to 3.0 mol, more preferably 1.8 to 2.2 mol, per 1 mol of dihalogenomagnesium. .
  • the reaction (B) of the present invention is preferably performed in an organic solvent.
  • the organic solvent used is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction.
  • ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, and dioxane
  • aliphatics such as hexane, heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, and ethylcyclohexane
  • hydrocarbons include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and ethers, aliphatic hydrocarbons, and mixed solvents of ethers and aliphatic hydrocarbons are preferably used.
  • the amount of the organic solvent used is preferably 1 to 100 g, more preferably 1 to 10 g, with respect to 1 g of dialkylamine.
  • the amount of the organic solvent used in the reaction of lithium dialkylamide with dihalogenomagnesium is preferably 1 to 100 g, more preferably 1 to 10 g, relative to 1 g of dihalogenomagnesium. is there.
  • a dialkylamine, an alkyllithium and an organic solvent are mixed and reacted with stirring to synthesize a lithium dialkylamide compound, and then a dihalogenomagnesium is added and further reacted with stirring. Or isolating the synthesized lithium dialkylamide, and then mixing the resulting lithium dialkylamide, dihalogenomagnesium and an organic solvent and reacting with stirring.
  • the reaction temperature at that time is preferably ⁇ 20 to 100 ° C., more preferably 0 to 50 ° C., and the reaction pressure is not particularly limited.
  • the lithium dialkylamide compound may be isolated once before the reaction with dihalogenomagnesium or may not be used, and the reaction solution may be used as it is, and the organic solvent may be changed, removed and / or added as appropriate. You may do it.
  • the target magnesium bis (dialkylamide) compound is obtained by the reaction (A) or (B) of the present invention.
  • the synthesized magnesium bis (dialkylamide) compound is isolated and purified by a known method such as extraction, filtration, concentration, distillation, sublimation, recrystallization, column chromatography, etc. after completion of the reaction.
  • the magnesium bis (dialkylamide) compound which is the object of the present invention, and the dialkylmagnesium used in the production thereof are often unstable with respect to moisture and oxygen in the atmosphere. It is desirable to perform a reaction operation or a post-treatment of the reaction solution under gas conditions.
  • a magnesium-containing thin film can be formed with good film forming characteristics, for example, by the CVD method.
  • a method for vapor-depositing a magnesium-containing thin film on a film formation target it can be performed by a known CVD method or atomic layer deposition method (ALD method), for example, magnesium bis (dialkylamide) under normal pressure or reduced pressure.
  • Compound vapor as an oxygen source eg, oxidizing gas such as oxygen or ozone; water; alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol
  • reducing gas eg, hydrogen gas or It is possible to use a method of depositing a magnesium-containing thin film by feeding onto a film-forming target heated together with ammonia gas or a mixed gas thereof. Note that these gases (including vaporized liquids) may be diluted with an inert gas or the like.
  • a magnesium-containing thin film can be deposited by plasma CVD using the same raw material supply.
  • magnesium bis (dialkylamide) compound for thin film formation.
  • a method for vaporizing the magnesium bis (dialkylamide) compound used in the present invention for example, magnesium bis (dialkylamide) is used.
  • (Amide) compound itself is not only filled into the vaporization chamber or transported and vaporized, but also magnesium bis (dialkylamide) compound in a suitable solvent (eg hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, etc.)
  • a suitable solvent eg hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, etc.
  • Aromatic hydrocarbons such as toluene, ethylbenzene, xylene, etc .
  • ethers such as glyme, diglyme, triglyme, dioxane, tetrahydrofuran, etc.
  • the deposition conditions are, for example, that the pressure in the reaction system is preferably 1 Pa to 200 kPa, more preferably 10 Pa to 110 kPa.
  • the film object temperature is preferably 50 to 900 ° C., more preferably 100 to 600 ° C., and the temperature for vaporizing the magnesium bis (dialkylamide) compound is preferably 30 to 250 ° C., more preferably 60 to 200 ° C. .
  • an oxygen source for example, oxidizing gas, water vapor or alcohol vapor, or a mixed gas thereof
  • a reducing gas for example, hydrogen gas or ammonia gas, or these gases
  • the content ratio of the mixed gas is preferably 3 to 99% by volume, more preferably 5 to 98% by volume.
  • Example 1 (Method (A); synthesis of magnesium bis (t-butylmethylamide) (compound (6)))
  • metal magnesium 5.5 g (0.23 mol)
  • diethyl ether 20 ml
  • diethyl ether 25 g (0.18 mol)
  • bromobutane 25 g (0.18 mol)
  • Magnesium bis (t-butylmethylamide) was a novel compound represented by the following physical property values.
  • Example 2 (Method (A); synthesis of magnesium bis (t-butylethylamide) (compound (7))
  • the reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that dialkylamine was changed to 11 g (0.11 mol) of t-butylethylamine in Example 1.
  • 5.8 g of magnesium bis (t-butylethylamide) was obtained as a white solid (isolation yield: 52%).
  • Magnesium bis (t-butylethylamide) was a novel compound represented by the following physical property values.
  • Example 3 (Method (B); Synthesis of Magnesium Bis (t-butylisopropylamide) (Compound (8)))
  • 1.8 g (16 mmol) of t-butylisopropylamine and 30 ml of heptane were added in an argon atmosphere.
  • 10 ml (16 mmol) of a 1.6 mol / l n-butyllithium hexane solution was slowly dropped while maintaining the liquid temperature at around 25 ° C., and the mixture was reacted at 25 ° C. for 2 hours with stirring.
  • the reaction solution was concentrated under reduced pressure to obtain 1.7 g of lithium-t-butylisopropylamide (isolation yield: 88%).
  • Magnesium bis (t-butylisopropylamide) was a novel compound represented by the following physical property values.
  • Example 4 Magnesium Bis (t-butyl-t-pentylamide) (Synthesis of Compound (10))
  • a 100 ml flask equipped with a stirrer, a thermometer and a dropping funnel 1.1 g (8.0 mmol) of t-butyl-t-pentylamine and 15 ml of heptane were added to a 100 ml flask equipped with a stirrer, a thermometer and a dropping funnel, and the liquid temperature was 25 ° C.
  • 5.0 ml (8.0 mmol) of a 1.6 mol / l n-butyllithium hexane solution was gently added dropwise and reacted at 25 ° C. for 2 hours with stirring.
  • the reaction solution was concentrated under reduced pressure to obtain 1.1 g of lithium-t-butyl-t-pentylamide (isolated yield; 90%).
  • Magnesium bis (t-butyl-t-pentylamide) was a novel compound represented by the following physical property values.
  • Example 5 (Vapor deposition experiment; Production of magnesium-containing thin film) Using the magnesium bis (t-butylmethylamide) (compound (6)) obtained in Example 1, a vapor deposition experiment by the CVD method was performed to evaluate the film forming characteristics. The apparatus shown in FIG. 1 was used for the vapor deposition experiment. Deposition conditions and film characteristics were as follows.
  • the apparatus shown in FIG. 1 has the following structure.
  • the magnesium compound in the magnesium raw material container (vaporizer) 7 maintained at a constant temperature by the thermostat 8 is heated and vaporized, and leaves the raw material container 7 along with the helium gas introduced through the mass flow controller 4.
  • the gas exiting the raw material container 7 is introduced into the reactor 9 together with the helium gas introduced through the mass flow controller 5.
  • oxygen gas which is a reaction gas, is also introduced into the reactor 9 via the mass flow controller 6.
  • the pressure in the reaction system is monitored by a pressure gauge 12 and controlled to a predetermined pressure by opening and closing a valve in front of the vacuum pump 14.
  • the central part of the reactor 9 has a structure that can be heated by the heater 11.
  • the magnesium compound introduced into the reactor 9 is set in the center of the reactor, and is oxidized and decomposed on the surface of the substrate 10 heated to a predetermined temperature by the heater 11 to form a magnesium-containing thin film on the substrate 10. Is done.
  • the gas exiting the reactor 9 is exhausted to the atmosphere through the trap 13 and the vacuum pump 14.
  • Comparative Example 1 (deposition experiment; production of magnesium-containing thin film) Using bis (cyclopentadienyl) magnesium, a vapor deposition experiment by a CVD method was performed in the same manner as in Example 5 to evaluate the film formation characteristics. Deposition conditions and film characteristics were as follows. In addition, various conditions were adjusted and the amount of raw material supply was equal to Example 5, and the vapor deposition experiment was conducted.
  • magnesium bis (dialkylamide) compound of the present invention a high-quality magnesium-containing thin film (magnesium oxide film) free from impurities such as carbon atoms and nitrogen atoms can be produced. did.
  • an industrially suitable and novel magnesium compound more specifically a magnesium compound suitable for producing a magnesium-containing thin film by a CVD method, which can produce a magnesium-containing thin film by a simple method. I can do it.
  • a method for producing a magnesium-containing thin film on a film formation target using the magnesium compound by a CVD method can be provided.
  • a magnesium bis (dialkylamide) compound is a useful compound as a raw material for producing a magnesium-containing thin film production material, a polymerization catalyst, pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like.

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Abstract

 本発明は、一般式(1)(式中、Rはイソプロピル基、又は炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rは炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。) で示されるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物、及び当該マグネシウム化合物を用いるマグネシウム含有薄膜の製造方法に関する。

Description

マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物、及び当該マグネシウム化合物を用いるマグネシウム含有薄膜の製造方法
 本発明は新規なマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物、及び当該マグネシウム化合物を用いて、化学気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition法;以下、CVD法と称する)により、マグネシウム含有薄膜を製造する方法に関する。
 従来、マグネシウム含有薄膜製造用のマグネシウム化合物としては、例えば、アルキルマグネシウム、マグネシウムアルコキシド、マグネシウムジケトナート等の様々な種類のマグネシウム化合物が検討されている(例えば、特許文献1~2参照)。その中でも、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウムやその類縁化合物が主に使用されている。
 一方、チタン含有薄膜、ジルコニウム含有薄膜、ハフニウム含有薄膜、アルミニウム含有薄膜等の他の金属含有薄膜を形成するための原料としては、ジアルキルアミド配位子を有する化合物が提案されている(特許文献3参照)。
 また、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物も知られており、例えば、重合用触媒、医薬や農薬等の製造原料として用いられている(例えば、非特許文献1及び特許文献4参照)。
特開2002-170993号公報 特開2005-298874号公報 特開2007-153869号公報 欧州特許出願第1031581号明細書
J.Org.Chem.,Vol.43,No.8,pp.1564-1566(1978)
 しかしながら、従来のマグネシウム化合物は、蒸気圧、熱安定性、反応性等の物性がマグネシウム含有薄膜の製造において必ずしも最適ではなく、最も採用されているビス(シクロペンタジエニル)マグネシウムでさえ、マグネシウム含有薄膜を製造するための十分なマグネシウム化合物とは言い難かった。そのため、蒸気圧、熱安定性、反応性等のいずれの物性も満足させるマグネシウム化合物が求められていた。
 本発明の課題は、即ち、上記問題点を解決し、簡便な方法によってマグネシウム含有薄膜を製造することができる、工業的に好適なマグネシウム化合物、より具体的にはCVD法によるマグネシウム含有薄膜の製造に適したマグネシウム化合物を提供するものである。本発明の課題は、又、当該マグネシウム化合物を用いるマグネシウム含有薄膜の製造方法を提供するものである。
 本発明は以下の事項に関する。
 1. 一般式(1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式中、Rはイソプロピル基、又は炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rは炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。)
で示されるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物。
 2. 一般式(2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(式中、R及びRは、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、炭素原子数1~10の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。)
で示されるジアルキルマグネシウム化合物と、一般式(3)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(式中、Rはイソプロピル基、又は炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rは炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。)
で示されるジアルキルアミンとを反応させる工程を含むことを特徴とする、上記一般式(1)で示されるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物の製造方法。
 3. 一般式(3)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式中、Rはイソプロピル基、又は炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rは炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。)
で示されるジアルキルアミンと、アルキルリチウムとを反応させて、一般式(4)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式中、R及びRは前記と同義である。)
で示されるリチウムジアルキルアミド化合物を合成する工程と、
 前記一般式(4)で示されるリチウムジアルキルアミド化合物と、一般式(5)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式中、Xはハロゲン原子を示す。)
で示されるジハロゲノマグネシウムとを反応させる工程を含むことを特徴とする、上記一般式(1)で示されるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物の製造方法。
 4. 上記一般式(1)で示されるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物をマグネシウム供給源として用いた化学気相蒸着法によるマグネシウム含有薄膜の製造方法。
 5. 上記一般式(1)で示されるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を含むマグネシウム含有薄膜形成用原料。
 本発明により、特にCVD法による成膜に適した新規なマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を提供することができる。当該マグネシウム化合物を用いて、CVD法により、良好な成膜特性で、マグネシウム含有薄膜を製造することができる。
実施例において使用した、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を用いてマグネシウム含有薄膜を製造するための蒸着装置の構成を示す図である。
 本発明のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物は、前記の一般式(1)で示される。
 その一般式(1)において、Rはイソプロピル基、又はt-ブチル基、t-ペンチル基、ネオペンチル基等の炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rはメチル基、エチル基、イソプロピル基、t-ブチル基、t-ペンチル基、ネオペンチル基等の炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。
 2つのRは異なっていてもよく、2つのRも異なっていてもよいが、2つのRが同一であり、2つのRも同一である化合物は比較的容易に合成できるので、好ましい。
 本発明の好ましい態様としては、Rが炭素原子数4~5の分岐状のアルキル基であり、Rが炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基である。Rとしては、t-ブチル基、t-ペンチル基、ネオペンチル基が特に好ましい。Rとしては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、t-ブチル基、t-ペンチル基、ネオペンチル基が特に好ましい。又、Rがt-ブチル基、t-ペンチル基、更に好ましくはt-ブチル基であり、Rが炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基、更に好ましくはメチル基、エチル基、イソプロピル基、t-ブチル基、t-ペンチル基、ネオペンチル基であることが好ましい。
 本発明のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物としては、例えば、以下の式(6)~(20)によって示される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 本発明のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物の合成は、以下の(A)又は(B)で示す方法(以下、本発明の反応と称することもある。)によって行うことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
(式中、R及びRは前記と同義であり、R及びRは炭素原子数1~10の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。なお、R及びRは同一又は異なっていても良い。又、Xはハロゲン原子を示す。)
[方法(A)]
 方法(A)は、ジアルキルマグネシウム化合物とジアルキルアミンとを反応させて、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を合成する方法である。
 本発明の反応(A)において使用するジアルキルマグネシウム化合物は、前記の一般式(2)で示される。その一般式(2)において、R及びRはメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、t-ペンチル基、ネオペンチル基、n-デシル基等の炭素原子数1~10の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。なお、R及びRは同一又は異なっていても良い。
 本発明の反応(A)において使用するジアルキルマグネシウム化合物としては、市販品を使用することができ、又、公知の方法により金属マグネシウムから製造することができる。本発明の反応(A)においては、好適にはジ(n-ブチル)マグネシウム又はn-ブチルエチルマグネシウム等が用いられる。
 本発明の反応(A)において使用するジアルキルアミンは、前記の一般式(3)で示される。その一般式(3)において、R及びRは、それぞれ、式(1)中のR及びRに対応し、前記と同義である。
 したがって、本発明の反応(A)において使用するジアルキルアミンとしては、t-ブチルメチルアミン、t-ブチルエチルアミン、t-ブチルイソプロピルアミン、ジ-t-ブチルアミン、t-ブチル-t-ペンチルアミン、ジ-t-ペンチルアミン等が好ましい。
 前記ジアルキルアミンの使用量は、ジアルキルマグネシウム1モルに対して、好ましくは1.5~3.0モル、更に好ましくは1.8~2.2モルである。
 本発明の反応(A)は、有機溶媒中で行うことが望ましい。使用される有機溶媒としては反応を阻害しないものならば特に限定されないが、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類;ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が挙げられるが、好ましくはエーテル類、脂肪族炭化水素類、エーテル類と脂肪族炭化水素類との混合溶媒が使用される。なお、これらの有機溶媒は単独又は二種以上を混合して使用しても良い。
 前記有機溶媒の使用量は、ジアルキルマグネシウム1gに対して、好ましくは1~100g、更に好ましくは1~10gである。
 本発明の反応(A)は、例えば、ジアルキルマグネシウム化合物、ジアルキルアミン及び有機溶媒を混合し、攪拌しながら反応させる等の方法によって行われる。その際の反応温度は、好ましくは-20~120℃、更に好ましくは0~100℃であり、反応圧力は特に制限されない。
[方法(B)]
 方法(B)は、ジアルキルアミンとアルキルリチウムとから合成したリチウムジアルキルアミドと、ジハロゲノマグネシウムとを反応させて、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を合成する方法である。
 本発明の反応(B)において使用するジアルキルアミンは、前記の一般式(3)で示される。その一般式(3)において、R及びRは、それぞれ、式(1)中のR及びRに対応し、前記と同義である。
 本発明の反応(B)において使用するアルキルリチウムは特に限定されないが、例えば、メチルリチウム、エチルリチウム、n-ブチルリチウム、s-ブチルリチウム、t-ブチルリチウム等が挙げられるが、好ましくはn-ブチルリチウムが使用される。
 前記アルキルリチウムの使用量は、ジアルキルアミン1モルに対して、好ましくは0.8~1.2モル、更に好ましくは0.9~1.1モルである。
 本発明の反応(B)では、ジアルキルアミンとアルキルリチウムとからリチウムジアルキルアミドを合成し、このリチウムジアルキルアミドとジハロゲノマグネシウムとを反応させる。
 本発明の反応(B)において使用するジハロゲノマグネシウムは、前記の一般式(5)で示される。その一般式(5)において、Xはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子を示すが、好ましくは塩素原子である。
 前記ジハロゲノマグネシウムの使用量は、ジアルキルアミン1モルに対して、好ましくは0.3~0.6モル、更に好ましくは0.45~0.55モルである。リチウムジアルキルアミドを単離した場合、リチウムジアルキルアミドの使用量は、ジハロゲノマグネシウム1モルに対して、好ましくは1.5~3.0モル、更に好ましくは1.8~2.2モルである。
 本発明の反応(B)は、有機溶媒中で行うことが望ましい。使用される有機溶媒としては反応を阻害しないものならば特に限定されないが、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類;ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が挙げられるが、好ましくはエーテル類、脂肪族炭化水素類、エーテル類と脂肪族炭化水素類との混合溶媒が使用される。なお、これらの有機溶媒は単独又は二種以上を混合して使用しても良い。
 前記有機溶媒の使用量は、ジアルキルアミン1gに対して、好ましくは1~100g、更に好ましくは1~10gである。リチウムジアルキルアミドを単離した場合、リチウムジアルキルアミドとジハロゲノマグネシウムとを反応させる際の有機溶媒の使用量は、ジハロゲノマグネシウム1gに対して、好ましくは1~100g、更に好ましくは1~10gである。
 本発明の反応(B)は、例えば、ジアルキルアミン、アルキルリチウム及び有機溶媒を混合し、攪拌しながら反応させてリチウムジアルキルアミド化合物を合成し、次いでジハロゲノマグネシウムを加えて、更に攪拌しながら反応させる、又は合成したリチウムジアルキルアミドを単離し、次いで得られたリチウムジアルキルアミド、ジハロゲノマグネシウム及び有機溶媒を混合し、攪拌しながら反応させる等の方法によって行われる。その際の反応温度は、好ましくは-20~100℃、更に好ましくは0~50℃であり、反応圧力は特に制限されない。なお、リチウムジアルキルアミド化合物は、ジハロゲノマグネシウムとの反応前に、一旦単離しても、単離せず、反応液をそのまま使用しても良く、又、適宜有機溶媒を変更、除去および/または追加しても良い。
 本発明の反応(A)又は(B)により目的物であるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物が得られる。合成したマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物は、反応終了後、抽出、濾過、濃縮、蒸留、昇華、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の公知の方法によって単離・精製される。
 なお、本発明の目的物であるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物、及びその製造に使用するジアルキルマグネシウムは、大気中の水分や酸素に対して不安定な場合が多いため、無水条件下や不活性ガス条件下にて、反応操作や反応液の後処理等を行うことが望ましい。
 本発明のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を用いて、例えばCVD法により、良好な成膜特性で、マグネシウム含有薄膜を成膜することができる。
 成膜対象物上へのマグネシウム含有薄膜の蒸着方法としては、公知のCVD法や原子層堆積法(ALD法)で行うことが出来、例えば、常圧又は減圧下にて、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物蒸気を酸素源(例えば、酸素、オゾン等の酸化性ガス;水;メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブタノール等のアルコール類)又は還元性ガス(例えば、水素ガス又はアンモニアガス、もしくはこれらの混合ガス)と共に加熱した成膜対象物上に送り込んでマグネシウム含有薄膜を蒸着させる方法が使用出来る。なお、これらのガス(気化した液体も含む)は不活性ガス等で希釈されていても良い。又、同様な原料供給により、プラズマCVD法でマグネシウム含有薄膜を蒸着させることも出来る。
 CVD法においては、薄膜形成のためにマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を気化させる必要があるが、本発明で使用するマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を気化させる方法としては、例えば、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物自体を気化室に充填又は搬送して気化させる方法だけでなく、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を適当な溶媒(例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の芳香族炭化水素類;グライム、ジグライム、トリグライム、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類等が挙げられる。)に希釈した溶液を液体搬送用ポンプで気化室に導入して気化させる方法(溶液法)も使用出来る。
 本発明のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を用いてマグネシウム含有薄膜を蒸着させる場合、その蒸着条件としては、例えば、反応系内の圧力は、好ましくは1Pa~200kPa、更に好ましくは10Pa~110kPa、成膜対象物温度は、好ましくは50~900℃、更に好ましくは100~600℃、マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を気化させる温度は、好ましくは30~250℃、更に好ましくは60~200℃である。
 なお、マグネシウム含有薄膜を蒸着させる際の全ガス量に対する酸素源(例えば、酸化性ガス、水蒸気又はアルコール蒸気、もしくはこれらの混合ガス)又は還元性ガス(例えば、水素ガス又はアンモニアガス、もしくはこれらの混合ガス)の含有割合としては、好ましくは3~99容量%、更に好ましくは5~98容量%である。
 次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
実施例1(方法(A);マグネシウムビス(t-ブチルメチルアミド)(化合物(6))の合成)
 攪拌装置、温度計及び滴下漏斗を備えた内容積100mlのフラスコに、アルゴン雰囲気にて、金属マグネシウム5.5g(0.23mol)及びジエチルエーテル20mlを加えた後、ブロモブタン3.0g(21mmol)をゆるやかに滴下した。次いで、ジエチルエーテル180ml及びブロモブタン25g(0.18mol)をゆるやかに滴下し、攪拌しながら40℃で2時間反応させ、更にジオキサン55g(0.62mol)を加えて攪拌しながら40℃で2時間反応させた。反応終了後、アルゴン雰囲気にて反応液を濾過し、濾液を減圧下で濃縮した。濃縮物を加熱しながら真空乾燥させて、ジブチルマグネシウム22gを得た(単離収率;80%)。
 次いで、攪拌装置、温度計及び滴下漏斗を備えた内容積200mlのフラスコに、アルゴン雰囲気にて、先に得られたジブチルマグネシウム7.0g(50mmol)及びヘプタン70mlを加え、液温を25℃付近に維持しながらt-ブチルメチルアミン10g(0.11mol)をゆるやかに滴下し、攪拌しながら25℃で3時間反応させた。反応終了後、反応液を濃縮した後に、減圧下で昇華(140℃、20Pa)させて、白色固体として、マグネシウムビス(t-ブチルメチルアミド)6.4gを得た(単離収率;66%)。
 なお、マグネシウムビス(t-ブチルメチルアミド)は以下の物性値で示される新規な化合物であった。
H-NMR(テトラヒドロフラン-d,δ(ppm));2.58(3H,s)、1.03(9H,s)
融点;140~141℃。
実施例2(方法(A);マグネシウムビス(t-ブチルエチルアミド)(化合物(7))の合成)
 実施例1において、ジアルキルアミンをt-ブチルエチルアミン11g(0.11mol)に変えたこと以外は、実施例1と同様に反応を行った。その結果、白色固体として、マグネシウムビス(t-ブチルエチルアミド)5.8gを得た(単離収率;52%)。
 なお、マグネシウムビス(t-ブチルエチルアミド)は以下の物性値で示される新規な化合物であった。
H-NMR(テトラヒドロフラン-d,δ(ppm));2.90(2H,q,6.8Hz)、1.07(9H,s)、0.97(3H,t,6.8Hz)
融点;75~78℃
実施例3(方法(B);マグネシウムビス(t-ブチルイソプロピルアミド)(化合物(8))の合成)
 攪拌装置、温度計及び滴下漏斗を備えた内容積100mlのフラスコに、アルゴン雰囲気にて、t-ブチルイソプロピルアミン1.8g(16mmol)及びヘプタン30mlを加えた。次いで、液温を25℃付近に維持しながら1.6mol/lのn-ブチルリチウム・へキサン溶液10ml(16mmol)をゆるやかに滴下し、攪拌しながら25℃で2時間反応させた。反応終了後、反応液を減圧下にて濃縮し、リチウム-t-ブチルイソプロピルアミド1.7gを得た(単離収率;88%)。
 次いで、攪拌装置、温度計及び滴下漏斗を備えた内容積50mlのフラスコに塩化マグネシウム0.40g(4.2mmol)及びテトラヒドロフラン10mlを加えた。次いで、液温を25℃付近に維持しながら、リチウム-t-ブチルイソプロピルアミド1.0g(8.3mmol)のテトラヒドロフラン溶液10mlをゆるやかに滴下し、攪拌しながら25℃で8時間反応させた。反応終了後、反応液を減圧下で濃縮した後、濃縮物にヘキサン20mlを加えて攪拌した後に濾過した。濾液を減圧下で濃縮し、濃縮物を減圧下で蒸留(120℃、5.7Pa)し、淡黄色液体として、マグネシウムビス(t-ブチルイソプロピルアミド)0.53gを得た(単離収率;50%)。
 なお、マグネシウムビス(t-ブチルイソプロピルアミド)は以下の物性値で示される新規な化合物であった。
H-NMR(テトラヒドロフラン-d,δ(ppm));2.99(1H,sept,6.6Hz)、1.14(9H,s)、0.99(6H,d,6.6Hz)
実施例4(方法(B);マグネシウムビス(t-ブチル-t-ペンチルアミド)(化合物(10))の合成)
 攪拌装置、温度計及び滴下漏斗を備えた内容積100mlのフラスコに、アルゴン雰囲気にて、t-ブチル-t-ペンチルアミン1.1g(8.0mmol)及びヘプタン15mlを加え、液温を25℃付近に維持しながら1.6mol/lのn-ブチルリチウム・へキサン溶液5.0ml(8.0mmol)をゆるやかに滴下し、攪拌しながら25℃で2時間反応させた。反応終了後、反応液を減圧下で濃縮して、リチウム-t-ブチル-t-ペンチルアミド1.1gを得た(単離収率;90%)。
 次いで、攪拌装置、温度計及び滴下漏斗を備えた内容積50mlのフラスコに塩化マグネシウム0.16g(1.7mmol)及びテトラヒドロフラン10mlを加え、液温を25℃付近に維持しながらリチウム-t-ブチル-t-ペンチルアミド0.51g(3.4mmol)のテトラヒドロフラン溶液10mlをゆるやかに滴下し、攪拌しながら25℃で8時間反応させた。反応終了後、反応液を濃縮した後に、ヘキサン20mlを加えて攪拌した後に濾過した。濾液を減圧下で濃縮し、淡黄色固体として、マグネシウムビス(t-ブチル-t-ペンチルアミド)0.31gを得た(単離収率;60%)。
 なお、マグネシウムビス(t-ブチル-t-ペンチルアミド)は以下の物性値で示される新規な化合物であった。
H-NMR(テトラヒドロフラン-d,δ(ppm));1.44(4H,q,7.3Hz)、1.20(18H,s)、1.12(12H,s)、0.85(6H,t,7.3Hz)
融点;170℃以上
実施例5(蒸着実験;マグネシウム含有薄膜の製造)
 実施例1で得られたマグネシウムビス(t-ブチルメチルアミド)(化合物(6))を用いて、CVD法による蒸着実験を行い、成膜特性を評価した。蒸着実験には、図1に示す装置を使用した。蒸着条件及び膜特性は以下の通りであった。
(蒸着条件)
マグネシウム原料;マグネシウムビス(t-ブチルメチルアミド)(化合物(6))
気化温度;100℃
Heキャリアー流量;100sccm
酸素流量;10sccm
基板材料;SiO/Si
基板温度;300℃
反応系内圧力;1.33kPa
蒸着時間;30分
(膜特性(XPS-depth測定))
膜厚;50nm以上
XPS分析;マグネシウム酸化膜
炭素含有率;検出されず
窒素含有率;検出されず
 図1に示す装置は以下のような構造となっている。恒温槽8によって一定の温度に保たれたマグネシウム原料容器(気化器)7にあるマグネシウム化合物は加熱されて気化し、マスフローコントローラー4を経て導入されたヘリウムガスに同伴して原料容器7を出る。原料容器7を出たガスは、マスフローコントローラー5を経て導入されたヘリウムガスと共に反応器9に導入される。一方、反応器9には、反応ガスである酸素ガスもマスフローコントローラー6を経て導入される。反応系内圧力は、圧力計12によってモニターされ、真空ポンプ14手前のバルブの開閉により、所定圧力にコントロールされる。反応器9の中央部はヒーター11で加熱可能な構造となっている。反応器9に導入されたマグネシウム化合物は、反応器内中央部にセットされ、ヒーター11で所定の温度に加熱された基板10の表面上で酸化熱分解し、基板10上にマグネシウム含有薄膜が形成される。反応器9を出たガスは、トラップ13、真空ポンプ14を経て、大気中に排気される。
比較例1(蒸着実験;マグネシウム含有薄膜の製造)
 ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウムを用いて、実施例5と同様にCVD法による蒸着実験を行い、成膜特性を評価した。蒸着条件及び膜特性は以下の通りであった。なお、各種条件を調整して原料の供給量を実施例5と揃えて蒸着実験を行った。
(蒸着条件)
マグネシウム原料;ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム
気化温度;30℃
Heキャリアー流量;10sccm
希釈He流量;90sccm
酸素流量;10sccm
基板材料;SiO/Si
基板温度;300℃
反応系内圧力;10Torr(約1.33kPa)
蒸着時間;30分
(膜特性(XPS-depth測定))
膜厚;50nm以上
XPS分析;マグネシウム酸化膜
炭素含有率;30%(炭素原子換算)
窒素含有率;検出されず(そもそも原料に窒素原子が存在しない)
 以上の結果から、本発明のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を用いることにより、炭素原子や窒素原子等の不純物を含まない高品質のマグネシウム含有薄膜(マグネシウム酸化膜)を製造することができることが判明した。
 本発明により、簡便な方法によってマグネシウム含有薄膜を製造することができる、工業的に好適で新規なマグネシウム化合物、より具体的にはCVD法によるマグネシウム含有薄膜の製造に適したマグネシウム化合物を提供することが出来る。又、当該マグネシウム化合物を用いて、CVD法により、成膜対象物上にマグネシウム含有薄膜を製造する方法も提供することが出来る。マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物は、例えば、マグネシウム含有薄膜製造材料、重合用触媒、医薬や農薬等の製造原料として有用な化合物である。
1.キャリアガス(He)
2.希釈ガス(He)
3.反応ガス(O
4.マスフローコントローラー
5.マスフローコントローラー
6.マスフローコントローラー
7.マグネシウム原料容器(気化器)
8.恒温槽
9.反応器
10.基板
11.反応器ヒーター
12.圧力計
13.トラップ
14.真空ポンプ

Claims (5)

  1.  一般式(1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、Rはイソプロピル基、又は炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rは炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。)
    で示されるマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物。
  2.  一般式(2)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、R及びRは、同一でも異なっていてもよく、それぞれ互いに独立に、炭素原子数1~10の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。)
    で示されるジアルキルマグネシウム化合物と、一般式(3)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、Rはイソプロピル基、又は炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rは炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。)
    で示されるジアルキルアミンとを反応させる工程を含むことを特徴とする、一般式(1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (式中、R及びRは前記と同義である。)
    で示される請求項1記載のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物の製造方法。
  3.  一般式(3)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (式中、Rはイソプロピル基、又は炭素原子数4~6の分岐状のアルキル基を示し、Rは炭素原子数1~5の直鎖状又は分岐状のアルキル基を示す。但し、R及びRが共にイソプロピル基の場合、R及びRが共にイソブチル基の場合、及び、Rがイソプロピル基でありRがメチル基の場合を除く。)
    で示されるジアルキルアミンと、アルキルリチウムとを反応させて、一般式(4)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (式中、R及びRは前記と同義である。)
    で示されるリチウムジアルキルアミド化合物を合成する工程と、
     前記一般式(4)で示されるリチウムジアルキルアミド化合物と、一般式(5)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (式中、Xはハロゲン原子を示す。)
    で示されるジハロゲノマグネシウムとを反応させる工程を含むことを特徴とする、一般式(1)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    (式中、R及びRは前記と同義である。)
    で示される請求項1記載のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物の製造方法。
  4.  請求項1に記載のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物をマグネシウム供給源として用いた化学気相蒸着法によるマグネシウム含有薄膜の製造方法。
  5.  請求項1に記載のマグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物を含むマグネシウム含有薄膜形成用原料。
PCT/JP2011/067880 2010-08-06 2011-08-04 マグネシウムビス(ジアルキルアミド)化合物、及び当該マグネシウム化合物を用いるマグネシウム含有薄膜の製造方法 Ceased WO2012018086A1 (ja)

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