WO2024049037A1 - Novel amidinate ligand, and thin film formation precursor comprising ligand - Google Patents

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오한솔
박용주
노윤수
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Abstract

The present invention relates to an amidinate ligand represented by chemical formula 1, and a thin film formation precursor comprising the ligand, and, to: a novel amidinate ligand capable of exhibiting chemical properties such as high structural stability, low viscosity, high volatility, high heat resistance and a room-temperature liquid form of a precursor; and a thin film formation precursor comprising the ligand.

Description

신규한 아미디네이트 리간드, 상기 리간드를 포함하는 박막 형성용 전구체Novel amidinate ligand, precursor for thin film formation containing the ligand
본 발명은 신규한 아미디네이트 리간드, 상기 리간드를 포함하는 박막 형성용 전구체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 신규한 아미디네이트 리간드를 포함함으로써 저점도, 고내열성, 고휘발성 및 상온에서 액상인 전구체를 구성하고, 이를 통해 고품질의 박막을 형성할 수 있도록 한 아미디네이트 리간드 및 상기 리간드를 포함하는 박막 형성용 전구체에 관한 것이다.The present invention relates to a novel amidinate ligand and a precursor for forming a thin film containing the ligand. More specifically, by including a novel amidinate ligand, the present invention has low viscosity, high heat resistance, high volatility, and is liquid at room temperature. It relates to an amidinate ligand that constitutes a precursor and thereby allows the formation of a high-quality thin film, and a precursor for forming a thin film containing the ligand.
반도체 소자의 선폭 미세화를 통한 집적도 향상으로 커패시터 구조 구현에 허용되는 공간이 선폭적으로 제한되면서, 기존의 방법으로는 커패시터 구조 구현을 위한 반도체 소자의 제조방법에 한계가 발생하고 있다. 특히, 고유전 박막이 적용되면서 밴드갭으로 인한 누설 전류가 큰 폭으로 열화되는 문제점이 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안 중 하나로 고품질의 박막을 형성하는 기술이 요구되며, 이를 위하여 박막 형성에 사용되는 전구체를 최적화할 필요가 있다.Due to the improvement in integration through the miniaturization of the line width of semiconductor devices, the space allowed for the implementation of the capacitor structure is limited in terms of the line width, and there are limitations in the manufacturing method of the semiconductor device for implementing the capacitor structure using the existing method. In particular, as high dielectric thin films are applied, a problem arises in which leakage current due to the band gap deteriorates significantly. As one of the ways to solve this problem, technology for forming high-quality thin films is required, and for this purpose, it is necessary to optimize the precursor used to form thin films.
박막 형성용 전구체는 중심 금속 원자와 리간드로 구성되는데 리간드의 구조에 따라 점도, 내열성, 휘발성 등의 화학적 특성이 달라지기 때문에 이를 고려하여 다양한 형태의 리간드가 결합된 전구체들이 개발되고 있다. The precursor for thin film formation consists of a central metal atom and a ligand. Since chemical properties such as viscosity, heat resistance, and volatility vary depending on the structure of the ligand, precursors combining various types of ligands are being developed with this in mind.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-1660052호, 대한민국 공개특허공보 10-2019-0109142호, 10-2021-0084297호 등의 공지기술에서는 이트륨 또는 란탄족 금속을 함유하는 전구체로서 사이클로펜타디에닐과 아미디네이트가 리간드로 결합한 화학구조가 제시되고 있다. 이러한 리간드가 결합된 전구체는 증기압이 낮고 점성이 높은 기존의 이트륨 또는 란탄족 금속 전구체의 단점을 개선할 수 있는 것이어서 박막 형성 공정에 적합한 것으로 보고되고 있다.For example, in known technologies such as Korean Patent Publication No. 10-1660052, Korean Patent Publication No. 10-2019-0109142, and 10-2021-0084297, cyclopentadienyl and cyclopentadienyl are used as precursors containing yttrium or lanthanide metal. A chemical structure in which amidinate is bound to a ligand is presented. The precursor to which this ligand is bound is reported to be suitable for the thin film formation process because it can improve the disadvantages of existing yttrium or lanthanide metal precursors with low vapor pressure and high viscosity.
그러나 이러한 종래의 전구체는 여전히 높은 점도로 인하여 반도체 박막 형성을 위한 공정에서 다양한 문제점을 야기시킬 수 있다. 따라서 반도체 박막 형성 공정에서 요구되는 전구체의 화학적 특성(액상, 고휘발성, 고내열성 등)을 나타내면서도 점도의 특성을 개선시킨 전구체의 개발이 필요하다. 특히, 공지기술의 결과를 참조하면, 아미디네이트를 리간드로 포함하는 화학구조는 박막 형성 공정에서 요구되는 전구체의 화학적 특성을 얻을 수 있는 것으로 예상된다.However, these conventional precursors may still cause various problems in the process for forming a semiconductor thin film due to their high viscosity. Therefore, it is necessary to develop a precursor that exhibits the chemical properties of the precursor required in the semiconductor thin film formation process (liquid phase, high volatility, high heat resistance, etc.) while improving the viscosity properties. In particular, referring to the results of known technologies, it is expected that a chemical structure containing amidinate as a ligand can obtain the chemical properties of the precursor required in the thin film formation process.
본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로, 박막 형성용 전구체에 적용할 수 있는 신규한 아미디네이트 리간드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was conceived in consideration of the above-described prior technologies, and its purpose is to provide a novel amidinate ligand that can be applied to a precursor for thin film formation.
또한, 상기 리간드를 포함하여 저점도, 고내열성, 및 고휘발성의 화학적 특성을 나타내는 박막 형성용 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the purpose is to provide a precursor for forming a thin film that includes the above-mentioned ligand and exhibits chemical properties of low viscosity, high heat resistance, and high volatility.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아미디네이트 리간드는 박막 형성용 전구체를 구성하기 위한 리간드로 사용되는 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 한다.The amidinate ligand of the present invention to achieve the above object is used as a ligand to form a precursor for forming a thin film, and is characterized by being a compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
Figure PCTKR2023011544-appb-img-000001
Figure PCTKR2023011544-appb-img-000001
상기 화학식 1에서, R1 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이며, R2는 수소원자 또는 C1-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이다.In Formula 1, R 1 and R 3 are each independently a C 1 -C 5 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group, and R 2 is a hydrogen atom or a C 1 -C 4 straight-chain, branched alkyl group. It is a linear or cyclic alkyl group or an alkenyl group.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R2는 C2-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 2 may be a C 2 -C 4 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 각각 독립적으로 C2-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이며, 상기 R2는 C2-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.In addition, in Formula 1, R 1 and R 3 are each independently a C 2 -C 5 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group, and R 2 is a C 2 -C 4 straight-chain, branched alkyl group. It may be a linear or cyclic alkyl group or an alkenyl group.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 메틸기일 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 1 and R 3 may be methyl groups.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R2는 이소프로필기일 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 2 may be an isopropyl group.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 1 and R 3 may each independently be a C 1 -C 5 linear alkyl group or an alkenyl group.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 각각 독립적으로 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기이며, 상기 R2는 C1-C4의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 1 and R 3 are each independently a straight-chain alkyl group or an alkenyl group, and R 2 may be a C 1 -C 4 straight-chain alkyl group or an alkenyl group.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 모두 동일하며, 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 1 and R 3 are both the same and may be an alkyl group or an alkenyl group.
또한, 상기 화학식 1에서 상기 R1 내지 R3는 모두 동일하며, 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 1 to R 3 are all the same and may be an alkyl group or an alkenyl group.
또한, 상기 아미디네이트 리간드는 하기의 화학구조에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.Additionally, the amidinate ligand may be any one or more selected from the chemical structures below.
Figure PCTKR2023011544-appb-img-000002
Figure PCTKR2023011544-appb-img-000002
본 발명의 박막 형성용 전구체는 상기 아미디네이트 리간드를 포함하는 것으로서, 중심 금속 원자가 2 내지 6족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 전이금속 및 희토류 원소 중 어느 하나인 것일 수 있다.The precursor for forming a thin film of the present invention includes the amidinate ligand, and the central metal atom may be any one of a Group 2 to 6 element, a Group 13 element, a Group 15 element, a transition metal, and a rare earth element.
또한, 상기 중심 금속 원자는 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 또는 란탄족 원소 중 어느 하나일 수 있다.Additionally, the central metal atom may be any one of yttrium (Y), scandium (Sc), or a lanthanide element.
또한, 상기 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.Additionally, the precursor for forming the thin film may be a compound represented by the following formula (2).
[화학식 2][Formula 2]
(L)n-M-(AMD)m (L) n -M-(AMD) m
상기 화학식 2에서 AMD는 상기 화학식 1과 동일한 구조이며, M은 중심 금속 원자로서 2 내지 6족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 전이금속 및 희토류 원소 중 어느 하나이며, L은 상기 AMD와는 같거나 상이한 리간드로서 상기 AMD와 상이할 경우, 치환되거나 비치환된 사이클로펜타디에닐기, 아민, 알코올, 알킬, 아릴, 아미노 아민, 알콕시 아민, 아미노 알코올, 알콕시 알코올, 이미도, 다이아민, 다이알코올, 포미디네이트, 구아니디네이트, 베타다이케토네이트, 케토이미네이트, 아마이드, 할라이드 중 어느 하나일 수 있다. 또한 n은 0 내지 5이고, m은 1 내지 6일 수 있다.In Formula 2, AMD has the same structure as Formula 1, M is the central metal atom and is any one of Groups 2 to 6 elements, Group 13 elements, Group 15 elements, transition metals, and rare earth elements, and L is the same as AMD. or a different ligand, if different from the AMD, a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group, amine, alcohol, alkyl, aryl, amino amine, alkoxy amine, amino alcohol, alkoxy alcohol, imido, diamine, dial alcohol, It may be any one of fomidinate, guanidinate, beta-diketonate, ketoiminate, amide, and halide. Additionally, n may be 0 to 5, and m may be 1 to 6.
본 발명에 따른 신규 아미디네이트 리간드는 전구체에 적용시 전구체 화합물의 높은 구조적 안정성, 저점도, 고휘발성, 고내열성 및 상온 액상 형태의 화학적 특성을 나타내게 할 수 있다. When applied to a precursor, the novel amidinate ligand according to the present invention can exhibit the chemical properties of the precursor compound such as high structural stability, low viscosity, high volatility, high heat resistance, and liquid form at room temperature.
따라서, 상기 아미디네이트 리간드를 포함하는 박막 형성용 전구체는 박막 형성 공정에 사용하기 적합한 물성을 나타내어 공정 중 열분해 혹은 고점도에 따른 배관 내 잔류 이슈 없이 고품질의 박막을 형성할 수 있으며, 상기 박막 형성 방법에 의해 제조된 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공할 수 있다.Therefore, the precursor for forming a thin film containing the amidinate ligand exhibits physical properties suitable for use in the thin film forming process and can form a high-quality thin film without thermal decomposition during the process or residual issues in the pipe due to high viscosity, and the thin film forming method A semiconductor device including a thin film manufactured by can be provided.
도 1은 디에틸-에틸아미디네이트 리간드의 1H-NMR 분석결과이다.Figure 1 shows the results of 1 H-NMR analysis of diethyl-ethylamidinate ligand.
도 2는 디에틸-에틸아미디네이트 리간드의 TGA 분석결과이다.Figure 2 shows the results of TGA analysis of diethyl-ethylamidinate ligand.
도 3은 디에틸-노멀프로필아미디네이트 리간드의 1H-NMR 분석결과이다.Figure 3 shows the results of 1 H-NMR analysis of diethyl-normal propylamidinate ligand.
도 4는 디에틸-노멀프로필아미디네이트 리간드의 TGA 분석결과이다.Figure 4 shows the TGA analysis results of diethyl-normal propylamidinate ligand.
도 5는 디노멀프로필-에틸아미디네이트 리간드의 1H-NMR 분석결과이다.Figure 5 shows the results of 1 H-NMR analysis of dinormal propyl-ethylamidinate ligand.
도 6은 디노멀프로필-에틸아미디네이트 리간드의 TGA 분석결과이다.Figure 6 shows the TGA analysis results of dinormal propyl-ethylamidinate ligand.
도 7은 비스(에틸사이클로펜타다이에닐)(디에틸-에틸아미디네이토)이트륨의 1H-NMR 분석결과이다.Figure 7 shows the 1 H-NMR analysis results of bis(ethylcyclopentadienyl)(diethyl-ethylamidinato)yttrium.
도 8은 비스(에틸사이클로펜타다이에닐)(디에틸-에틸아미디네이토)이트륨의 TGA 분석결과이다.Figure 8 shows the TGA analysis results of bis(ethylcyclopentadienyl)(diethyl-ethylamidinato)yttrium.
도 9는 비스(에틸사이클로펜타다이에닐)(디에틸-에틸아미디네이토)이트륨의 DSC 분석결과이다.Figure 9 shows the DSC analysis results of bis(ethylcyclopentadienyl)(diethyl-ethylamidinato)yttrium.
도 10은 비스(에틸사이클로펜타다이에닐)(디에틸-노멀프로필아미디네이토)이트륨의 1H-NMR 분석결과이다.Figure 10 shows the 1 H-NMR analysis results of bis(ethylcyclopentadienyl)(diethyl-normal propylamidinato)yttrium.
도 11은 비스(에틸사이클로펜타다이에닐)(디에틸-노멀프로필아미디네이토)이트륨의 TGA 분석결과이다.Figure 11 shows the TGA analysis results of bis(ethylcyclopentadienyl)(diethyl-normalpropylamidinato)yttrium.
도 12는 트리스(디에틸-노멀프로필아미디네이토)이트륨의 1H-NMR 분석결과이다.Figure 12 shows the 1 H-NMR analysis results of tris(diethyl-normal propylamidinato)yttrium.
도 13은 트리스(디에틸-노멀프로필아미디네이토)이트륨의 TGA 분석결과이다.Figure 13 shows the TGA analysis results of tris(diethyl-normal propylamidinato)yttrium.
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 limited to their common 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 must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it is.
본 발명에 따른 아미디네이트 리간드는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 한다.The amidinate ligand according to the present invention is characterized in that it is a compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
Figure PCTKR2023011544-appb-img-000003
Figure PCTKR2023011544-appb-img-000003
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
R1 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이며, R2는 수소원자 또는 C1-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이다.R 1 and R 3 are each independently a C 1 -C 5 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group, and R 2 is a hydrogen atom or a C 1 -C 4 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group. Or it is an alkenyl group.
상기 화합물은 박막 형성용 전구체 화합물의 리간드로 사용되는 것으로서, 특히, 상기 아미디네이트 리간드에서 R1 및 R3가 동일하거나 상이할 수 있는데, 상기 리간드가 포함되는 전구체의 목적하는 효과에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다.The compound is used as a ligand for a precursor compound for forming a thin film. In particular, in the amidinate ligand, R 1 and R 3 may be the same or different, and may be of various forms depending on the desired effect of the precursor containing the ligand. It can be composed of:
또한, 상기 화학식 1에서 R2는 수소원자, 또는 C1-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있는데, 비한정적인 예로는 상기 R2가 에틸기, 프로필기, 부틸기와 같은 n-알킬기를 포함할 수 있다.Additionally, in Formula 1, R 2 may be a hydrogen atom, a C 1 -C 4 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group, or an alkenyl group. Non-limiting examples include R 2 being an ethyl group, a propyl group, or a butyl group. It may contain an n-alkyl group such as a group.
상기 화학식 1로 표시되는 아미디네이트 리간드를 포함하는 전구체는 점도가 낮고, 열적 안정성 및 휘발성이 높으며 상온에서 액상 형태를 가질 수 있어 상기 리간드를 포함하는 전구체 합성을 통해 목적하는 전구체의 화학적 특성을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 즉, 종래기술의 아미디네이트 리간드를 포함하는 다양한 전구체 화합물에 비해 전체적으로 향상된 물성을 나타내기 때문에 전구체로서의 효과 및 상기 전구체를 사용한 박막 형성 공정에서 향상된 효과를 얻을 수 있다.The precursor containing the amidinate ligand represented by Formula 1 has low viscosity, high thermal stability and volatility, and can be in a liquid form at room temperature, so that the chemical properties of the desired precursor can be obtained through the synthesis of the precursor containing the ligand. It turned out that it was possible. That is, because it exhibits overall improved physical properties compared to various precursor compounds containing amidinate ligands in the prior art, improved effects can be obtained as a precursor and in the thin film formation process using the precursor.
상기 화학식 1로 표시되는 아미디네이트 리간드는 다양한 관능기를 결합한 형태를 이룰 수 있다.The amidinate ligand represented by Formula 1 may be formed by combining various functional groups.
일 실시예에서 상기 R2는 C2-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있는데, 상기 R2가 C2 이상으로 제공될 경우, H 혹은 C1인 경우와 대비하여 분자내 구조적 입체장애를 최소화하면서 구조적 비대칭성이 증가 되어 분자간 상호 간섭이 저감될 수 있다. 따라서 상기 리간드를 포함하는 전구체는 액상 형태로의 형성이 용이할 뿐만 아니라 저점도의 특성도 얻을 수 있다.In one embodiment, R 2 may be a straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group of C 2 -C 4 , and when R 2 is provided as C 2 or more, compared to the case where R 2 is H or C 1 As a result, structural asymmetry can be increased while minimizing intramolecular structural steric hindrance, thereby reducing mutual interference between molecules. Therefore, the precursor containing the ligand is not only easy to form in liquid form, but also can obtain low viscosity characteristics.
한편, 상기 R1 및 R3은 각각 독립적으로 C2-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이며, 상기 R2는 C2-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Meanwhile, R 1 and R 3 are each independently a C 2 -C 5 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group, and R 2 is a C 2 -C 4 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group. It may be an alkyl group or an alkenyl group.
또 다른 실시예에서 상기 R1 및 R3은 메틸기일 수 있고, 상기 R2는 이소프로필기일 수도 있다.In another embodiment, R 1 and R 3 may be a methyl group, and R 2 may be an isopropyl group.
또한, 상기 R1 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Additionally, R 1 and R 3 may each independently be a C 1 -C 5 linear alkyl group or an alkenyl group.
직쇄형 알킬기 또는 알케닐기는 분지형 또는 고리형 대비 리간드의 구조최소화를 통해 분자량을 감소시킴으로써 휘발도 및 증기압 개선의 효과를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 리간드는 상기 R1 및 R3 각각이 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 리간드를 포함하는 박막 형성용 전구체는 증기압이 향상되므로, 상기 전구체를 이용한 박막 형성 공정시 공정 용이성 등의 효과 제공으로 이어질 수 있다.Straight-chain alkyl or alkenyl groups can improve volatility and vapor pressure by reducing the molecular weight by minimizing the structure of the ligand compared to branched or cyclic groups. Therefore, in the ligand according to an embodiment of the present invention, each of R 1 and R 3 may be composed of a straight-chain alkyl group or an alkenyl group. In this case, the vapor pressure of the precursor for forming a thin film containing the ligand is improved, so the precursor This can lead to benefits such as process ease during the thin film formation process using .
증기압 개선 효과 외에도, 상기 R1 및 R3 각각이 직쇄형 알킬기로 구성된 상기 리간드는 리간드의 구조적 자유도 높기 때문에 상기 리간드가 적용된 전구체의 자유도 향상 효과를 제공할 수 있는데, 이러한 효과는 전구체 상호간의 간접을 최소화시켜 전구체의 액상화 및 저점도의 특성을 만들어 내는 효과를 나타낸다.In addition to the effect of improving vapor pressure, the ligand, in which each of R 1 and R 3 is composed of a straight-chain alkyl group, has a high structural freedom of the ligand, so it can provide an effect of improving the freedom of the precursor to which the ligand is applied. This effect is achieved by the interaction between the precursors. By minimizing indirection, it has the effect of creating liquefaction and low viscosity characteristics of the precursor.
따라서, 일 실시예에 따른 아미디네이트 리간드는 상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3가 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기로 구성될 수 있으며, 이 경우, 상기 리간드를 포함하는 전구체는 증기압이 향상 될 수 있으며, 자유도의 향상을 통해 액상 형태로 형성이 용이할 뿐만 아니라, 저점도의 특성도 함께 얻을 수 있다.Therefore, in the amidinate ligand according to one embodiment, in Formula 1, R 1 and R 3 may be composed of a straight-chain alkyl group or an alkenyl group. In this case, the vapor pressure of the precursor containing the ligand may be improved. By improving the degree of freedom, it is not only easy to form it into a liquid form, but also can obtain low viscosity characteristics.
한편, 상기 R1 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기이며, 상기 R2는 C1-C4의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.Meanwhile, R 1 and R 3 are each independently a C 1 -C 5 linear alkyl group or alkenyl group, and R 2 may be a C 1 -C 4 linear alkyl group or alkenyl group.
또한, 상기 R1 및 R3는 모두 동일하며, C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.In addition, R 1 and R 3 are both the same, and may be a C 1 -C 5 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group.
또한, 상기 R1 내지 R3는 모두 동일하며, C1-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기일 수 있다.In addition, R 1 to R 3 are all the same, and may be a C 1 -C 4 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group.
이와 같은 아미디네이트 리간드의 예시적 구조로는 하기의 화학구조에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상을 들 수 있다.Exemplary structures of such amidinate ligands include one or more structures selected from the following chemical structures.
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한편, 본 발명은 상기 아미디네이트 리간드를 포함하는 박막 형성용 전구체를 제공한다. 상기 박막 형성용 전구체는 중심 금속 원자가 2 내지 6족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 전이금속 및 희토류 원소 중 어느 하나인 것일 수 있다.Meanwhile, the present invention provides a precursor for forming a thin film containing the amidinate ligand. The precursor for forming the thin film may have a central metal atom selected from the group 2 to 6 elements, group 13 elements, group 15 elements, transition metals, and rare earth elements.
비한정적인 예로서, 상기 중심 금속 원자는 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 또는 란탄족 원소 중 어느 하나일 수 있다.As a non-limiting example, the central metal atom may be any of yttrium (Y), scandium (Sc), or a lanthanide element.
일 실시예에서 상기 아미디네이트 리간드를 포함하는 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.In one embodiment, the precursor for forming a thin film containing the amidinate ligand may be a compound represented by Formula 2 below.
[화학식 2][Formula 2]
(L)n-M-(AMD)m (L) n -M-(AMD) m
상기 화학식 2에서 AMD는 상기 화학식 1과 동일한 구조이며, M은 중심 금속 원자로서 2 내지 6족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 전이금속 및 희토류 원소 중 어느 하나이며, L은 상기 AMD와는 같거나 상이한 리간드로서 상기 AMD와 상이할 경우, 치환되거나 비치환된 사이클로펜타디에닐기, 아민, 알코올, 알킬, 아릴, 아미노 아민, 알콕시 아민, 아미노 알코올, 알콕시 알코올, 이미도, 다이아민, 다이알코올, 포미디네이트, 구아니디네이트, 베타다이케토네이트, 케토이미네이트, 아마이드, 할라이드 중 어느 하나일 수 있다. 또한 n은 0 내지 5이고, m은 1 내지 6일 수 있다.In Formula 2, AMD has the same structure as Formula 1, M is the central metal atom and is any one of Groups 2 to 6 elements, Group 13 elements, Group 15 elements, transition metals, and rare earth elements, and L is the same as AMD. or a different ligand, if different from the AMD, a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group, amine, alcohol, alkyl, aryl, amino amine, alkoxy amine, amino alcohol, alkoxy alcohol, imido, diamine, dial alcohol, It may be any one of fomidinate, guanidinate, beta-diketonate, ketoiminate, amide, and halide. Additionally, n may be 0 to 5, and m may be 1 to 6.
비한정적인 예로서, 상기 화학식 2로 표시될 수 있는 박막 형성용 전구체로는 하기 화학구조로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다.As a non-limiting example, the precursor for forming a thin film that can be represented by Formula 2 may be any one of the compounds represented by the following chemical structures.
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본 발명에 따른 박막 형성용 전구체는 상술한 바 있듯이, 본 발명에 따른 신규한 아미디네이트 리간드를 포함함으로써 저점도, 고내열성, 고휘발성 및 액상 형태로 제공될 수 있으며, 이를 통해 고품질의 박막 형성을 가능하게 할 수 있다.As described above, the precursor for thin film formation according to the present invention contains the novel amidinate ligand according to the present invention and can be provided in low viscosity, high heat resistance, high volatility, and liquid form, thereby forming a high-quality thin film. can make it possible.
또한, 본 발명의 박막 형성용 전구체는 박막 형성 공정의 조건 및 효율을 고려하여 전구체 화합물의 용해 또는 희석을 위한 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 펜탄, 사이클로헥산, 에틸사이클로헥산, 헵탄, 옥탄, 톨루엔 등을 들 수 있으며, 3차 아민으로는 디메틸에틸아민, 트리에틸아민을 들 수 있다.In addition, the precursor for forming a thin film of the present invention may additionally include a solvent for dissolving or diluting the precursor compound in consideration of the conditions and efficiency of the thin film forming process. The solvent may be any one of C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons, ketones, ethers, glymes, esters, tetrahydrofuran, tertiary amines, or mixtures thereof. Examples of the C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbon include pentane, cyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, toluene, etc., and tertiary amines include dimethylethylamine and triethylamine. .
특히, 화학구조에 따라 박막 형성용 전구체의 화합물이 실온에서 고체 상태일 수 있는데, 이 경우 상기 용매를 포함함으로써 상기 화합물을 용해할 수 있다. 즉, 상기 용매를 포함하는 경우, 상기 전구체 화합물을 용해할 수 있는 용매 및 함량으로 함유되게 되며, 상기 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.In particular, depending on the chemical structure, the precursor compound for forming a thin film may be in a solid state at room temperature. In this case, the compound can be dissolved by including the solvent. That is, when the solvent is included, it is contained in a solvent and amount capable of dissolving the precursor compound, and is preferably contained in 1 to 99% by weight based on the total weight of the precursor for forming the thin film.
상기 용매를 포함하거나 포함하지 않는 전구체는 기화할 수 있는 것이기 때문에 이를 전구체 가스 형태로 챔버 내로 공급할 수 있다. 따라서, 전구체 화합물의 종류에 따라 상온에서 액상으로 존재하며, 쉽게 기화될 수 있는 경우에는 별도의 용매 없이도 박막 형성 공정을 수행할 수 있다.Since the precursor containing or not containing the solvent can be vaporized, it can be supplied into the chamber in the form of precursor gas. Therefore, depending on the type of precursor compound, if it exists in a liquid state at room temperature and can be easily vaporized, the thin film formation process can be performed without a separate solvent.
이 경우, 상기 박막 형성 공정은 SOD(spin-on dielectric, SOD) 공정, 저온 플라즈마(Low Temperature Plasma, LTP) 공정, 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 화학 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, HDPCVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정, 또는 플라즈마 원자층 증착(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, PEALD) 공정 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.In this case, the thin film formation process includes a spin-on dielectric (SOD) process, a low temperature plasma (LTP) process, a chemical vapor deposition (CVD), and a plasma enhanced chemical vapor deposition. Deposition, PECVD), High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition (HDPCVD) process, Atomic Layer Deposition (ALD) process, or Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD) It can be performed by any one of the processes.
예를 들어, HDP-CVD 공정을 적용할 경우 상압 화학 기상 증착 공정(AP-CVD), 저압 화학 기상 증착 공정(LP-CVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정(PE-CVD)에 비해 고진공 및 고파워에서 진행될 수 있기 때문에 구조적으로 치밀하고 기계적 특성이 우수한 박막을 형성할 수 있게 된다.For example, when applying the HDP-CVD process, the high vacuum and high Because it can be carried out at high power, it is possible to form a thin film that is structurally dense and has excellent mechanical properties.
이를 위하여 본 발명에 따른 박막 형성 방법은 상기 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하게 된다.To this end, the thin film forming method according to the present invention includes a process of forming a thin film on a substrate using the thin film forming precursor.
구체적으로, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 기판의 표면에 상기 박막 형성용 전구체를 증착하여 전구체 박막을 형성하는 공정 및 상기 전구체 박막을 반응물과 반응시키는 공정을 포함하는 것일 수 있다.Specifically, the process of forming a thin film on the substrate may include a process of forming a precursor thin film by depositing the thin film forming precursor on the surface of the substrate and a process of reacting the precursor thin film with a reactant.
또한, 상기 전구체의 증착을 위하여 상기 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 공정을 포함할 수 있다.Additionally, in order to deposit the precursor, a process of vaporizing the thin film forming precursor and transferring it into the chamber may be included.
또한, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 상기 박막 형성용 전구체를 기판에 공급하고 반응물의 존재 하에 플라즈마를 인가함으로써 금속, 산화물, 질화물, 산질화물 등의 박막을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.In addition, the process of forming a thin film on the substrate may include forming a thin film of a metal, oxide, nitride, oxynitride, etc. by supplying the thin film forming precursor to the substrate and applying plasma in the presence of a reactant. .
상기 박막을 형성하는 공정은 0.1 내지 1000mTorr의 챔버 내 압력 조건에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위한 소스 파워는 500 내지 9,000W, 바이어스 파워는 0 내지 5,000W가 적절하다. 또한, 상기 바이어스 파워는 경우에 따라서 가하지 않을 수도 있다.The process of forming the thin film can be performed under chamber pressure conditions of 0.1 to 1000 mTorr. In addition, the source power for forming plasma in the chamber is 500 to 9,000 W, and the bias power is 0 to 5,000 W. Additionally, the bias power may not be applied depending on the case.
또한, 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 150 내지 500℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.Additionally, the process of forming a thin film on a substrate is preferably performed at a temperature range of 150 to 500°C.
또한, 상기 박막 형성용 전구체의 공급 시, 최종 형성되는 금속막에서의 전기적 특성, 즉 정전용량 또는 누설 전류값을 더욱 개선시키기 위하여 필요에 따라 제2 금속 전구체를 도입할 수도 있다. 상기 제2 금속 전구체는 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 란탄족(Ln), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오브(Nb), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 인듐(In), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 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, SiH2(N(C2H5)2)2, SiH2(NHtBu)2, SiH3(N(iPr)2), Si(OC4H9)4, Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4, Si(OC(CH3)3)4 등이 사용될 수 있다.In addition, when supplying the thin film forming precursor, a second metal precursor may be introduced as needed to further improve the electrical properties, that is, the capacitance or leakage current value, of the final formed metal film. The second metal precursor is magnesium (Mg), strontium (Sr), barium (Ba), lanthanide (Ln), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), and tantalum (Ta). ), a metal precursor containing one or more metals (M") selected from aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), and tin (Sn) atoms may be optionally further supplied. 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 may be SiH(N(CH 3 ) 2 ) 3 , SiH 2 ( N(C 2 H 5 ) 2 ) 2 , SiH 2 (NHtBu) 2 , SiH 3 (N(iPr) 2 ), Si(OC 4 H 9 ) 4 , Si(OC 2 H 5 ) 4 , Si(OCH 3 ) 4 , Si(OC(CH 3 ) 3 ) 4 , etc. may be used.
상기 제2 금속 전구체의 공급은 상기 박막 형성용 전구체의 공급 방법과 동일한 방법으로 실시될 수 있으며, 상기 제2 금속 전구체는 상기 전구체와 함께 박막 형성용 기판 위로 공급될 수도 있고, 또는 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 supply method of the thin film formation precursor, and the second metal precursor may be supplied together with the precursor onto the thin film formation substrate, or the supply of the precursor may be completed. It may then be supplied sequentially.
상기와 같은 전구체 및 선택적으로 제2 금속 전구체는 상기 박막 형성용 기판과 접촉시키기 위해 반응 챔버 내로 공급되기 전까지 50 내지 250℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 내지 200℃의 온도를 유지하는 것이 좋다.The precursor and optionally the second metal precursor as described above are preferably maintained at a temperature of 50 to 250° C. before being supplied into the reaction chamber for contact with the substrate for forming the thin film, more preferably 100 to 200° C. It is good to maintain .
또한, 전구체의 공급 단계 후 반응물의 공급에 앞서, 상기 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 5 Torr가 되도록 실시되는 것이 바람직하다.In addition, after supplying the precursor and prior to supplying the reactant, it assists the movement of the precursor and optionally the second metal precursor onto the substrate, ensures an appropriate pressure for deposition within the reactor, and also removes impurities present in the chamber. In order to discharge it to the outside, a process of purging an inert gas such as argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) may be performed in the reactor. At this time, it is preferable that the inert gas is spread so that the pressure inside the reactor is 1 to 5 Torr.
또한, 상기 반응물(reactant)로는 질소(N2), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 수증기(H2O), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 실란(silane), 수소(H), 다이보레인(B2H6) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 수증기, 산소, 오존 등과 같은 산화성 가스 존재 하에서 실시될 경우 마그네슘 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. 또한, 반응물의 혼합에 의해 금속 산질화물 박막을 형성할 수도 있다.In addition, the reactants include nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), nitrous oxide (N 2 O), oxygen (O 2 ), water vapor (H 2 O), and ozone. (O 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), silane, hydrogen (H), diborane (B 2 H 6 ), or a mixture thereof can be used. When carried out in the presence of oxidizing gases such as water vapor, oxygen, ozone, etc., a magnesium oxide thin film may be formed, and when carried out in the presence of reducing gases such as hydrogen, ammonia, hydrazine, silane, etc., a thin film of metal alone or metal nitride may be formed. You can. Additionally, a metal oxynitride thin film can be formed by mixing reactants.
또한, 플라즈마 처리 외에 열처리 또는 광조사에 의한 처리 공정을 수행할 수도 있는데, 박막 형성용 전구체의 증착을 위한 열에너지를 제공하기 위한 것으로, 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 바람직하게는, 충분한 성장 속도로, 목적하는 물리적 상태와 조성을 갖는 박막을 제조하기 위해서는 반응기내 기판의 온도가 100 내지 1,000℃, 바람직하게는 250 내지 400℃가 되도록 상기 처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다.Additionally, in addition to plasma treatment, a heat treatment or light irradiation treatment process may be performed to provide heat energy for deposition of a thin film forming precursor, and may be performed according to a conventional method. Preferably, in order to produce a thin film having the desired physical state and composition at a sufficient growth rate, the treatment process is preferably performed so that the temperature of the substrate in the reactor is 100 to 1,000°C, preferably 250 to 400°C. .
또한, 상기 처리 공정 시에도 전술한 바와 같이 반응물의 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, during the treatment process, as described above, argon is used in the reactor to help the reactant move onto the substrate, to maintain an appropriate pressure for deposition within 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 (Ar), nitrogen (N 2 ), or helium (He) may be performed.
상기와 같은, 박막 형성용 전구체의 투입, 반응물의 투입, 그리고 불활성 기체의 투입 처리 공정은 1 사이클로 하여. 1 사이클 이상 반복 실시함으로써 박막이 형성될 수 있다.As described above, the process of adding the precursor for forming a thin film, adding the reactant, and adding the inert gas is one cycle. A thin film can be formed by repeating the process one or more cycles.
또한, 상기 박막 형성 공정을 적용하면 박막을 포함하는 다양한 반도체 소자를 제조할 수 있다.Additionally, by applying the thin film forming process, various semiconductor devices including thin films can be manufactured.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.Hereinafter, the effects of the present invention will be explained through examples.
[실시예 1] 디에틸-에틸아미디네이트(Et2Et-AMD)의 합성[Example 1] Synthesis of diethyl-ethylamidinate (Et 2 Et-AMD)
500㎖ 슈렝크 플라스크에서 트라이에틸오르소-프로피오네이트(triethyl ortho-propionate) 132.1g(0.75mol)과 에틸아민(ethylamine) 74.3g(1.65mol)을 넣은 후 -30℃로 냉각하여 교반하였다. 같은 온도에서 아세트산(acetic acid) 99.0 g(1.65mol)을 천천히 적가하고 170℃에서 환류하였다. 18시간 이후 감압 하에서 용매를 제거하고 5N 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 다이에틸에테르(diethylether)로 추출하였다. 황산마그네슘으로 건조 후 여과하고 감압 하에서 용매를 제거하였다. 감압 하에서 증류하여 무색 액체 화합물 46.1g(48%)을 수득하였다. NMR 분석결과는 도 1과 같다.In a 500 mL Schlenk flask, 132.1 g (0.75 mol) of triethyl ortho-propionate and 74.3 g (1.65 mol) of ethylamine were added, then cooled to -30°C and stirred. At the same temperature, 99.0 g (1.65 mol) of acetic acid was slowly added dropwise and refluxed at 170°C. After 18 hours, the solvent was removed under reduced pressure and extracted with 5N aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution and diethyl ether. After drying with magnesium sulfate, it was filtered, and the solvent was removed under reduced pressure. Distilled under reduced pressure to obtain 46.1 g (48%) of a colorless liquid compound. The NMR analysis results are shown in Figure 1.
1H NMR (CDCl3, 25℃): 1.13(m, 9H), 2.20(q, 2H), 3.17(m, 4H). 1 H NMR (CDCl 3 , 25°C): 1.13 (m, 9H), 2.20 (q, 2H), 3.17 (m, 4H).
정제 조건: 75~78℃ @ 2.4 torrPurification conditions: 75~78℃ @ 2.4 torr
연노랑 액체는 질소를 200㎖/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분의 온도 상승 속도로 측정된 TGA 분석 동안 0%로, 잔류 질량을 거의 남기지 않았다. 이러한 결과는 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 나타내는 TGA 분석결과(도 2)로 확인하였다.The light yellow liquid was 0% during TGA analysis, which was measured at a temperature rise rate of 10°C/min in an atmosphere flowing nitrogen at 200 mL/min, leaving little residual mass. These results were confirmed by TGA analysis results (FIG. 2) showing the percentage of weight loss according to temperature change.
[실시예 2] 디에틸-노멀프로필아미디네이트(Et2nPr-AMD)의 합성[Example 2] Synthesis of diethyl-normal propylamidinate (Et 2 nPr-AMD)
500㎖ 슈렝크 플라스크에서 1,1,1-트라이에톡시뷰테인(1,1,1-Triethoxybutane) 122.5g(0.64mol)과 에틸아민(ethylamine) 58.0g(1.29mol)을 넣은 후 -30℃로 냉각하여 교반하였다. 같은 온도에서 아세트산(acetic acid) 77.3g(1.29mol)을 천천히 적가하고 170℃에서 환류하였다. 18시간 이후 감압 하에서 용매를 제거하고 5N 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 다이에틸에테르(diethylether)로 추출하였다. 황산마그네슘으로 건조 후 여과하고 감압 하에서 용매를 제거하였다. 감압 하에서 증류하여 무색 액체 화합물 36.6g(40%)을 수득하였다. NMR 분석결과는 도 3과 같다.Add 122.5g (0.64mol) of 1,1,1-Triethoxybutane and 58.0g (1.29mol) of ethylamine in a 500ml Schlenk flask and then -30℃. It was cooled and stirred. At the same temperature, 77.3 g (1.29 mol) of acetic acid was slowly added dropwise and refluxed at 170°C. After 18 hours, the solvent was removed under reduced pressure and extracted with 5N aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution and diethyl ether. After drying with magnesium sulfate, the mixture was filtered and the solvent was removed under reduced pressure. By distillation under reduced pressure, 36.6 g (40%) of a colorless liquid compound was obtained. The NMR analysis results are shown in Figure 3.
1H NMR (CDCl3, 25℃): 0.98(t, 3H), 1.15(m, 6H), 1.59(m, 2H), 2.15(m, 2H), 3.22(m, 4H). 1 H NMR (CDCl 3 , 25°C): 0.98(t, 3H), 1.15(m, 6H), 1.59(m, 2H), 2.15(m, 2H), 3.22(m, 4H).
정제조건: 82~87℃ @ 0.5 torrPurification conditions: 82~87℃ @ 0.5 torr
연노랑 액체는 질소를 200㎖/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분의 온도 상승 속도로 측정된 TGA 분석 동안 0%로, 잔류 질량을 거의 남기지 않았다. 이러한 결과는 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 나타내는 TGA 분석결과(도 4)로 확인하였다.The light yellow liquid was 0% during TGA analysis, which was measured at a temperature rise rate of 10°C/min in an atmosphere flowing nitrogen at 200 mL/min, leaving little residual mass. These results were confirmed by TGA analysis results (FIG. 4) showing the percentage of weight loss according to temperature change.
[실시예 3] 디노멀프로필-에틸아미디네이트(nPr2Et-AMD)의 합성[Example 3] Synthesis of dinormal propyl-ethylamidinate (nPr 2 Et-AMD)
500㎖ 슈렝크 플라스크에서 트라이에틸오르소-프로피오네이트(triethyl ortho-propionate) 132.1g(0.75mol)과 프로필아민(n-Propylamine) 97.5g(1.65mol)을 넣은 후 -30℃로 냉각하여 교반하였다. 같은 온도에서 아세트산(acetic acid) 49.5g(0.83mol)을 천천히 적가하고 170℃에서 환류하였다. 18시간 이후 감압 하에서 용매를 제거하고 5N 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 다이에틸에테르(diethylether)로 추출하였다. 황산마그네슘으로 건조 후 여과하고 감압 하에서 용매를 제거하였다. 감압 하에서 증류하여 무색 액체 화합물 48.0g(41%)을 수득하였다. NMR 분석결과는 도 5와 같다.In a 500 mL Schlenk flask, add 132.1 g (0.75 mol) of triethyl ortho-propionate and 97.5 g (1.65 mol) of n-Propylamine, then cool to -30°C and stir. did. At the same temperature, 49.5 g (0.83 mol) of acetic acid was slowly added dropwise and refluxed at 170°C. After 18 hours, the solvent was removed under reduced pressure and extracted with 5N aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution and diethyl ether. After drying with magnesium sulfate, the mixture was filtered and the solvent was removed under reduced pressure. Distilled under reduced pressure to obtain 48.0 g (41%) of a colorless liquid compound. The NMR analysis results are shown in Figure 5.
1H NMR (CDCl3, 25℃): 0.70(t, 6H), 0.89(t, 3H), 1.31(m, 4H), 1.97(m, 2H), 2.90(m, 4H). 1 H NMR (CDCl 3 , 25°C): 0.70(t, 6H), 0.89(t, 3H), 1.31(m, 4H), 1.97(m, 2H), 2.90(m, 4H).
정제 조건: 80~90℃ @ 0.5 torrPurification conditions: 80~90℃ @ 0.5 torr
연노랑 액체는 질소를 200㎖/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분의 온도 상승 속도로 측정된 TGA 분석 동안 0%로, 잔류 질량을 거의 남기지 않았다. 이러한 결과는 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 나타내는 TGA 분석결과(도 6)로 확인하였다.The light yellow liquid was 0% during TGA analysis, which was measured at a temperature rise rate of 10°C/min in an atmosphere flowing nitrogen at 200 mL/min, leaving little residual mass. These results were confirmed by TGA analysis results (FIG. 6) showing the percentage of weight loss according to temperature change.
[실시예 4] 비스(에틸사이클로펜타다이에닐)(디에틸-에틸아디네이토)이트륨[(EtCp)2Y(Et2Et-AMD)]의 합성[Example 4] Synthesis of bis(ethylcyclopentadienyl)(diethyl-ethyl adinato)yttrium [(EtCp) 2 Y(Et 2 Et-AMD)]
THF 300㎖에 디에틸-에틸아미디네이트 32.83g(0.256 mol)을 투입하고 -78℃로 냉각시킨 뒤, n-BuLi 헥산 용액(2.5M) 102.4㎖(0.256mol)를 천천히 적가하여 Li-(Et2Et-AMD)를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반 한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 2시간 동안 추가로 교반하였다. 제조된 Li-(Et2Et-AMD) 용액를 상온에서 (EtCp)2YCl을 함유하는 플라스크에 천천히 적가하여 상온에서 12시간 교반하였다. 혼합물을 진공 하에서 증발시키고, 펜탄 250㎖에 녹인 뒤 여과하여 용매 및 휘발물질을 진공 하에 증발시켰다. 생성된 적색 액체를 165℃및 40mTorr에서 연한 노랑색 액체를 얻었다. 수율은 60.1g(58.3%)이었다. NMR 분석결과는 도 7과 같다.Add 32.83 g (0.256 mol) of diethyl-ethylamidinate to 300 ml of THF, cool to -78°C, and slowly add 102.4 ml (0.256 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) dropwise to form Li-( Et 2 Et-AMD) was prepared. The solution was stirred at -78°C for 30 minutes, then warmed to room temperature, and stirred for an additional 2 hours at room temperature. The prepared Li-(Et 2 Et-AMD) solution was slowly added dropwise to a flask containing (EtCp) 2 YCl at room temperature and stirred at room temperature for 12 hours. The mixture was evaporated under vacuum, dissolved in 250 ml of pentane, and then filtered to evaporate the solvent and volatile substances under vacuum. The resulting red liquid was converted into a light yellow liquid at 165°C and 40 mTorr. The yield was 60.1g (58.3%). The NMR analysis results are shown in Figure 7.
1H NMR(C6D6, 25℃): 0.85(t, 3H), 0.98(t, 6H), 1.20(t, 6H), 1.97(q, 2H), 2.48(q, 4H), 2.97(q, 4H), 6.0(dt, 8H). 1 H NMR (C 6 D 6 , 25°C): 0.85(t, 3H), 0.98(t, 6H), 1.20(t, 6H), 1.97(q, 2H), 2.48(q, 4H), 2.97( q, 4H), 6.0(dt, 8H).
연노랑 액체는 질소를 200㎖/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분의 온도 상승 속도로 측정된 TGA 분석 동안 0%로, 잔류 질량을 거의 남기지 않았다. 이러한 결과는 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 나타내는 TGA 분석결과(도 8)로 확인하였다.The light yellow liquid was 0% during TGA analysis, which was measured at a temperature rise rate of 10°C/min in an atmosphere flowing nitrogen at 200 mL/min, leaving little residual mass. These results were confirmed by TGA analysis results (FIG. 8) showing the percentage of weight loss according to temperature change.
연노랑 액체 샘플을 DSC용 밀폐 용기에 담아 40℃ 조건에서 10분을 유지한 뒤, 10℃/분의 온도 상승 속도로 측정된 DSC 분석 동안 377℃에서 분해피크가 관찰되었다. 이러한 결과는 온도 변화에 따른 열에너지 변화를 나타내는 DSC 분석결과(도 9)로 확인하였다.The light yellow liquid sample was placed in an airtight container for DSC and maintained at 40°C for 10 minutes, and then a decomposition peak was observed at 377°C during DSC analysis measured at a temperature rise rate of 10°C/min. These results were confirmed by DSC analysis results (FIG. 9) showing the change in thermal energy according to temperature change.
연노랑 액체 샘플을 회전식 점도 측정 용기에 담아 25℃조건에서 저점도용 스핀들로 점도를 측정하였다. 12RPM에서 점도를 측정하는 동안 30cP의 점도가 측정되었다.The light yellow liquid sample was placed in a rotary viscosity measuring container and the viscosity was measured using a low viscosity spindle at 25°C. While measuring the viscosity at 12 RPM, a viscosity of 30 cP was measured.
[실시예 5] 비스(에틸사이클로펜타다이에닐)(디에틸-노멀프로필아미디네이토)이트륨[(EtCp)2Y(Et2nPr-AMD)]의 합성[Example 5] Synthesis of bis(ethylcyclopentadienyl)(diethyl-normalpropylamidinato)yttrium[(EtCp) 2 Y(Et 2 nPr-AMD)]
THF 300㎖에 디에틸-노멀프로필아미디네이트 36.43g(0.256mol)을 투입하고 -78℃로 냉각 시킨 뒤, n-BuLi 헥산 용액(2.5M) 102.4㎖(0.256mol)를 천천히 적가 하여 Li-(Et2nPr-AMD)를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반 한 후 실온으로 가온하고, 실온에서 2시간 동안 추가로 교반하였다. 제조된 Li-(Et2nPr-AMD) 용액를 상온에서 Y(EtCp)2Cl을 함유하는 플라스크에 천천히 적가하여 상온에서 12시간 교반하였다. 혼합물을 진공 하에서 증발시키고, 펜탄 250㎖에 녹인 뒤 여과하여 용매 및 휘발물질을 진공 하에 증발시켰다. 생성된 적색 액체를 185℃및 40mTorr에서 증류하여 연노랑색 액체를 얻었다. 수율은 65.1g (61.0%)이었다. NMR 분석결과는 도 10과 같다.Add 36.43 g (0.256 mol) of diethyl-normal propylamidinate to 300 ml of THF, cool to -78°C, and slowly add 102.4 ml (0.256 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) dropwise to form Li- (Et 2 nPr-AMD) was prepared. The solution was stirred at -78°C for 30 minutes, then warmed to room temperature, and stirred for an additional 2 hours at room temperature. The prepared Li-(Et 2 nPr-AMD) solution was slowly added dropwise to a flask containing Y(EtCp) 2 Cl at room temperature and stirred at room temperature for 12 hours. The mixture was evaporated under vacuum, dissolved in 250 ml of pentane, and then filtered to evaporate the solvent and volatile substances under vacuum. The resulting red liquid was distilled at 185°C and 40 mTorr to obtain a light yellow liquid. The yield was 65.1g (61.0%). The NMR analysis results are shown in Figure 10.
1H NMR(C6D6, 25℃): 0.83(t, 3H), 0.99(t, 6H), 1.20(t, 6H), 1.36(q, 2H), 1.98(q, 2H), 2.50(q, 4H), 3.00(q, 4H), 6.0(dt, 8H). 1 H NMR (C 6 D 6 , 25°C): 0.83(t, 3H), 0.99(t, 6H), 1.20(t, 6H), 1.36(q, 2H), 1.98(q, 2H), 2.50( q, 4H), 3.00(q, 4H), 6.0(dt, 8H).
연노랑 액체는 질소를 200㎖/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분의 온도 상승 속도로 측정된 TGA 분석 동안 0%로, 잔류 질량을 거의 남기지 않았다. 이러한 결과는 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 나타내는 TGA 분석결과(도 11)로 확인하였다.The light yellow liquid was 0% during TGA analysis, which was measured at a temperature rise rate of 10°C/min in an atmosphere flowing nitrogen at 200 mL/min, leaving little residual mass. These results were confirmed by TGA analysis results (FIG. 11) showing the percentage of weight loss according to temperature change.
연노랑 액체 샘플을 회전식 점도 측정 용기에 담아 25℃ 조건에서 저점도용 스핀들로 점도를 측정하였다. 20RPM에서 점도를 측정하는 동안 28cP의 점도가 측정되었다.The light yellow liquid sample was placed in a rotary viscosity measuring container and the viscosity was measured using a low viscosity spindle at 25°C. While measuring the viscosity at 20 RPM, a viscosity of 28 cP was measured.
[실시예 6] 트리스(디에틸-노멀프로필아디네이토)이트륨[Y(Et2nPr-AMD)3]의 합성[Example 6] Synthesis of tris(diethyl-normalpropyl adinato)yttrium [Y(Et 2 nPr-AMD) 3 ]
THF 300㎖에 디에틸-노멀프로필아미디네이트 109.28g(0.768mol)을 투입하고 -78℃로 냉각 시킨 뒤, n-BuLi 헥산 용액(2.5M) 307.3㎖(0.768mol)를 천천히 적가 하여 Li-(Et2nPr-AMD)를 제조하였다. 용액을 -78℃에서 30분 동안 교반 한 후 실온으로 가온 하고, 실온에서 2시간 동안 추가로 교반하였다. 제조된 Li-(Et2nPr-AMD) 용액를 -78℃에서 YCl3을 함유하는 플라스크에 천천히 적가하여 상온에서 6시간 교반하였다. 혼합물을 진공 하에서 증발시키고, 펜탄 250㎖에 녹인 뒤 여과하여 용매 및 휘발물질을 진공 하에 증발시켰다. 생성된 적색 액체를 184℃및 31mTorr에서 연한 노랑색 액체를 얻었다. 수율은 107.5g(81.9%)이었다. NMR 분석결과는 도 12와 같다.Add 109.28 g (0.768 mol) of diethyl-normal propylamidinate to 300 ml of THF and cool to -78°C, then slowly add 307.3 ml (0.768 mol) of n-BuLi hexane solution (2.5 M) dropwise to form Li- (Et 2 nPr-AMD) was prepared. The solution was stirred at -78°C for 30 minutes, then warmed to room temperature, and stirred for an additional 2 hours at room temperature. The prepared Li-(Et 2 nPr-AMD) solution was slowly added dropwise to a flask containing YCl 3 at -78°C and stirred at room temperature for 6 hours. The mixture was evaporated under vacuum, dissolved in 250 ml of pentane, and then filtered to evaporate the solvent and volatile substances under vacuum. The resulting red liquid was converted into a light yellow liquid at 184°C and 31 mTorr. The yield was 107.5g (81.9%). The NMR analysis results are shown in Figure 12.
1H NMR(C6D6, 25℃): 0.87(t, 9H), 1.32(t, 18H), 1.52(q, 6H), 2.21(q, 6H), 3.24(q, 12H) 1 H NMR (C 6 D 6 , 25°C): 0.87(t, 9H), 1.32(t, 18H), 1.52(q, 6H), 2.21(q, 6H), 3.24(q, 12H)
연노랑 액체는 질소를 200㎖/분으로 유동시키는 분위기에서 10℃/분의 온도 상승 속도로 측정된 TGA 분석 동안 0.75%로, 잔류 질량을 거의 남기지 않았다. 이러한 결과는 온도 변화에 따른 중량 손실 백분율을 나타내는 TGA 분석결과(도 13)로 확인하였다.The light yellow liquid left almost no residual mass at 0.75% during TGA analysis measured at a temperature rise rate of 10°C/min in an atmosphere flowing nitrogen at 200 mL/min. These results were confirmed by TGA analysis results (FIG. 13) showing the percentage of weight loss according to temperature change.
이러한 실험 결과를 통해서 본 발명에 따른 신규 아미디네이트 리간드를 적용한 구조에 있어서 반도체용 전구체로 사용하기에 충분한 증기압과 열안정성을 가지는 액상의 전구체를 얻을 수 있었으며, 특히 전구체의 점도 특성이 크게 개선 된 것으로 확인 하였다.Through these experimental results, it was possible to obtain a liquid precursor with sufficient vapor pressure and thermal stability to be used as a semiconductor precursor in a structure using the new amidinate ligand according to the present invention. In particular, the viscosity characteristics of the precursor were greatly improved. It was confirmed that it was.
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 reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and may be modified in various ways by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. and can be changed. Such modifications and variations should be considered to fall within the scope of the present invention and the appended claims.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로서, 박막 형성용 전구체를 구성하기 위한 리간드로 사용되는 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.An amidinate ligand, which is a compound represented by the following formula (1) and is used as a ligand to form a precursor for forming a thin film.
    [화학식 1][Formula 1]
    Figure PCTKR2023011544-appb-img-000012
    Figure PCTKR2023011544-appb-img-000012
    상기 화학식 1에서,In Formula 1,
    R1 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이며,R 1 and R 3 are each independently a C 1 -C 5 straight, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group,
    R2는 수소원자 또는 C1-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이다.R 2 is a hydrogen atom or a C 1 -C 4 straight-chain, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group.
  2. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R2는 C2-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.In Formula 1, R 2 is an amidinate ligand, characterized in that it is a C 2 -C 4 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group.
  3. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 각각 독립적으로 C2-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기이며, 상기 R2는 C2-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.In Formula 1, R 1 and R 3 are each independently a C 2 -C 5 straight-chain, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group, and R 2 is a C 2 -C 4 straight-chain, branched or alkenyl group. An amidinate ligand characterized in that it is a cyclic alkyl group or an alkenyl group.
  4. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 메틸기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.An amidinate ligand in Formula 1, wherein R 1 and R 3 are methyl groups.
  5. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R2는 이소프로필기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.In Formula 1, R 2 is an amidinate ligand, characterized in that an isopropyl group.
  6. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.In Formula 1, R 1 and R 3 are each independently a C 1 -C 5 straight-chain alkyl group or an alkenyl group.
  7. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 각각 독립적으로 C1-C5의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기이며, 상기 R2는 C1-C4의 직쇄형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.In Formula 1, R 1 and R 3 are each independently a C 1 -C 5 straight-chain alkyl group or alkenyl group, and R 2 is a C 1 -C 4 straight-chain alkyl group or alkenyl group. Mediated Ligand.
  8. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R1 및 R3는 모두 동일하며, C1-C5의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.In Formula 1, R 1 and R 3 are the same, and are an amidinate ligand characterized in that they are a C 1 -C 5 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group.
  9. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 화학식 1에서 상기 R1 내지 R3는 모두 동일하며, C1-C4의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기 또는 알케닐기인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.In Formula 1, R 1 to R 3 are all the same, and are an amidinate ligand characterized in that they are a C 1 -C 4 straight-chain, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group.
  10. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 아미디네이트 리간드는 하기의 화학구조에서 선택되는 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 아미디네이트 리간드.The amidinate ligand is characterized in that one or more of the amidinate ligands are selected from the following chemical structures.
    Figure PCTKR2023011544-appb-img-000013
    Figure PCTKR2023011544-appb-img-000013
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 아미디네이트 리간드를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성용 전구체.A precursor for forming a thin film, comprising the amidinate ligand according to any one of claims 1 to 10.
  12. 청구항 11에 있어서,In claim 11,
    상기 박막 형성용 전구체는 중심 금속 원자가 2 내지 6족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 전이금속 및 희토류 원소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성용 전구체.The precursor for forming a thin film is characterized in that the central metal atom is any one of a Group 2 to 6 element, a Group 13 element, a Group 15 element, a transition metal, and a rare earth element.
  13. 청구항 11에 있어서,In claim 11,
    상기 박막 형성용 전구체는 중심 금속 원자가 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 또는 란탄족 원소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 형성용 전구체.The precursor for forming a thin film is characterized in that the central metal atom is any one of yttrium (Y), scandium (Sc), or a lanthanide element.
  14. 청구항 11에 있어서,In claim 11,
    상기 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 박막 형성용 전구체. A precursor for forming a thin film, characterized in that the precursor for forming a thin film is a compound represented by the following formula (2).
    [화학식 2][Formula 2]
    (L)n-M-(AMD)m (L) n -M-(AMD) m
    상기 화학식 2에서 AMD는 상기 화학식 1과 동일한 구조이며, M은 중심 금속 원자로서 2 내지 6족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 전이금속 및 희토류 원소 중 어느 하나이며, L은 상기 AMD와는 같거나 상이한 리간드로서 상기 AMD와 상이할 경우, 치환되거나 비치환된 사이클로펜타디에닐기, 아민, 알코올, 알킬, 아릴, 아미노 아민, 알콕시 아민, 아미노 알코올, 알콕시 알코올, 이미도, 다이아민, 다이알코올, 포미디네이트, 구아니디네이트, 베타다이케토네이트, 케토이미네이트, 아마이드, 할라이드 중 어느 하나이며, n은 0 내지 5이고, m은 1 내지 6이다.In Formula 2, AMD has the same structure as Formula 1, M is the central metal atom and is any one of Groups 2 to 6 elements, Group 13 elements, Group 15 elements, transition metals, and rare earth elements, and L is the same as AMD. or a different ligand, if different from the AMD, a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group, amine, alcohol, alkyl, aryl, amino amine, alkoxy amine, amino alcohol, alkoxy alcohol, imido, diamine, dial alcohol, It is any one of fomidinate, guanidinate, beta-diketonate, ketoiminate, amide, and halide, n is 0 to 5, and m is 1 to 6.
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