KR20120131114A - 실리콘 화합물 증착용 화합물 및 전구체 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자에 적용되는 실리콘을 함유하는 박막 증착을 위한 실리콘 전구체에 관한 것으로서, 높은 열적 안정성과 반응성을 가짐으로써, 유기 금속 화학 증착법 및 원자층 증착법을 이용하여 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 증착하는 반도체 제조공정에 용이하게 적용될 수 있는 화합물 및 조성물을 제공하는 기술에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체 소자에 적용되는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막과 같이 실리콘이 함유된 박막 또는 그 박막 증착을 위한 실리콘 전구체에 관한 것으로서, 유기 금속 화학 증착법 및 원자층 증착법을 이용한 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 실리콘을 함유한 박막을 증착하는 반도체 제조공정에 적용될 수 있는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 증착용 실리콘 전구체 화합물 및 조성물에 관한 것이다.
하나의 반도체 소자를 만드는 데 있어, 실리콘 산화막(SiO2)과 실리콘 질화막(Si3N4)은 각각 다양한 두께와 다양한 방법으로 제조되고 있다. 실리콘 산화막은 안정할 뿐만 아니라 실리콘 반도체 기판과의 뛰어난 접합성, 우수한 전기적 절연 성질 때문에 절연체로 많이 사용되고 있으며, 또한 필드 옥사이드, 패드 옥사이드, 층간 절연체, 캐패시터 절연체 등에 사용된다.
최근에는 실리콘 기판, 유리 기판뿐만 아니라 유기물 기반의 반도체 소자의 제작에 대한 요구가 커지고 있는데, 이에 따라서 유기물이 용해되지 않는 100℃ 이하에서의 실리콘 산화막의 증착 또한 요구되고 있다.
여기서, 실리콘 산화막의 증착법에는 산화 공정, 화학기상법, 졸-겔법 등 다양한 방법이 제시되어 있다. 이는 증착 필요 두께, 박막의 특성, 박막의 용도 등에 따라서 각기 다른 방법을 선택하여 사용하고 있다.
비교적 저온에서 실리콘 산화막의 박막 증착이 가능한 플라즈마 화학적 증착법의 경우에는 기판이 플라즈마에 직접 노출되므로 플라즈마에 의해서 기판과 실리콘 산화막의 계면 특성이 열화되는 문제점이 있었다.
원자층 증착법에서는 한 번에 단 한 가지의 원료기체를 주입하며, 다음 원료의 공급 주기를 반복하여 단원자 층의 막을 형성하고, 사이클을 반복하여 막의 두께를 nm 단위로 제어할 수 있으며, 반응물질의 반응 온도가 곧 증착 온도이므로 적절한 반응 물질을 이용하면 화학적 증착법보다 저온에서 박막을 형성시킬 수 있다.
실리콘 산화막을 화학적 증착법 또는 원자층 증착법으로 증착하는 데 있어서, 실리콘 전구체로 사용되고 있는 대표적인 물질들로는 트리스(디메틸아미도)실란, 테트라키스(디메틸아미도)실란, 테트라키스(에틸메틸아미도)실란, 비스(터서리-부틸아미도)실란 등이 있으나, 이것들은 대체로 낮은 열적 안정성과 반응성을 가지고 있는 단점이 있다.
그러므로 반도체 소자의 집적화 및 디스플레이 분야에서의 사용을 확대하기 위해서는 고품질의 실리콘 산화막의 박막을 형성시킬 수 있는 실리콘 전구체가 개발되어야만 하지만, 아직까지 그 연구 성과가 미흡한 실정이다.
본 발명은 종래의 실리콘 전구체보다 현저히 높은 열적 안정성과 반응성을 가지는 실리콘 전구체 화합물 및 이를 포함하는 조성물을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 일 양상은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, R은 H, tBu 또는 iPr 이고, R1은 CnH2n+1(n=0, 1, 2, 3 또는 4)이다.).
여기서, 상기 화학식 1의 R은 tBu 또는 iPr 인 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시되는 1,3-디-터트-부틸-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Di-tert-butyl-1,3,2-diazasilolidine)일 수 있다.
[화학식 2]
또한, 상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시되는 1,3-디이소프로필-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Diisopropyl-1,3,2-diazasilolidine)인 것이 바람직하다.
[화학식 3]
본 발명의 다른 양상은, 상기한 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 전구체 조성물일 수 있다.
또한, 상기 실리콘 전구체 조성물은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 증착용인 것이 바람직하다.
기타 본 발명의 다른 구체예는 후술하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 및 도면에 기재되어 있다.
본 발명은 종래의 실리콘 전구체보다 현저히 높은 열적 안정성과 반응성을 가지는 실리콘 전구체 화합물 및 이를 포함하는 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 실리콘 전구체 화합물의 합성 후, 정제과정을 거쳐서 실제로 실리콘 전구체 조성물을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물의 정제 후 GC/MSD 분석 결과이고,
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이며,
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물의 정제 후 GC/MSD 분석 결과이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이고,
도 5는 상기 비교예 1에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 중 GC/MSD 분석 결과이며,
도 6은 비교예 2에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이고,
도 7은 상기 비교예 2에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 중 GC/MSD 분석 결과이고,
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물의 열정 안정성 실험 결과 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물의 반응성 실험 결과 그래프이고,
도 10은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물을 이용한 Si 산화물 증착 공정을 설명하기 위한 공정도이고,
도 11은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물을 이용한 증기압 측정 결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이며,
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물의 정제 후 GC/MSD 분석 결과이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이고,
도 5는 상기 비교예 1에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 중 GC/MSD 분석 결과이며,
도 6은 비교예 2에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이고,
도 7은 상기 비교예 2에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 중 GC/MSD 분석 결과이고,
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물의 열정 안정성 실험 결과 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물의 반응성 실험 결과 그래프이고,
도 10은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물을 이용한 Si 산화물 증착 공정을 설명하기 위한 공정도이고,
도 11은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물을 이용한 증기압 측정 결과 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 화합물은 반도체 소자에 적용되는 실리콘을 함유하는 박막 증착을 위한 실리콘 전구체에 관한 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, R은 수소(H), tBu(tert-butyl) 또는 iPr(isopropyl) 이고, R1은 CnH2n +1(n=0, 1, 2, 3 또는 4)이다.).
본 발명자들은 실리콘 산화막 및/또는 실리콘 질화막을 증착시키는데 사용되는 다양한 전구체들을 대상으로 연구개발을 수행한 결과, 상기 화학식 1에 나타난 바와 같은 화합물이 높은 열적 안정성과 반응성을 가짐으로써, 유기 금속 화학 증착법 및 원자층 증착법을 이용하여 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 증착하는 반도체 제조공정에 사용하는 경우, 고품질의 실리콘 산화막 및/또는 실리콘 질화막을 형성시킬 수 있음을 확인한 뒤,본 발명을 완성하였다.
좀 더 바람직하게는, 상기 화학식 1에서, R은 탄소수 3이상의 프로필(Pr), 부틸(Bu), 펜틴 등인 것이 적합하고, 그 중에서도 tBu 또는 iPr 인 것이 가장 바람직하다. 본 발명자들은 상기 화학식 1에서 R을 수소, 메틸, 에틸, 프로필(Pr), 부틸(Bu), 펜틴 등으로 해서 실리콘 전구체 화합물을 합성하고자 하였고, 상기 화합물을 정제하여 실제로 실리콘 전구체 화합물 또는 그것을 포함하는 조성물을 얻고자 하였다. 그 결과, R이 수소, 메틸, 에틸인 경우 GC/MSD 분석에 의하면 실제로 실리콘 전구체 화합물로 합성되지 않았다. 또한, 후술하는 실험예에서 확인할 수 있는 바와 같이 상기 화학식 1에서 2개의 R 중 어느 하나의 R 이라도 수소, 메틸, 에틸을 포함하면, 실리콘 전구체 화합물로 합성은 가능하지만, 정제과정에서 열에 의해 분해되어 순도가 줄기 때문에 원하는 실리콘 전구체 화합물을 얻을 수는 없었다.
그래서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시되는 1,3-디-터트-부틸-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Di-tert-butyl-1,3,2-diazasilolidine)일 수 있다.
[화학식 2]
그리고, 상기 화학식 2로 표시되는 실리콘 전구체 화합물은 아래의 화학식 4로 표시되는 화합물로부터 유도될 수 있다.
[화학식 4]
또한, 상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시되는 1,3-디이소프로필-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Diisopropyl-1,3,2-diazasilolidine)인 것이 바람직하다.
[화학식 3]
그리고, 상기 화학식 3으로 표시되는 실리콘 전구체 화합물은 아래의 화학식 5로 표시되는 화합물로부터 유도될 수 있다.
[화학식 5]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
실시예
1 : 1,3-디-
터트
-부틸-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-
Di
-
tert
-
butyl
-1,3,2-diazasilolidine)의 합성
상기 화학식 4로 표시된 엔,엔'-디-터트-부틸에틸렌디아민(N,N'-di-tert-butylethylenediamine) 200g(1.16mol)을 테트라하이드로퓨란 800mL에 희석한 후 -50℃ 이하의 저온에서 노르말부틸리튬(nBuLi) 2.5M 헥산(Hexanes) 용액 928mL(2.32mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물을 -50℃ 이하에서 1시간 동안 숙성한 후, 200mL 테트라하이드로퓨란 에 포집한 디클로로실란(Dichlorosilane) 117.2g(1.16mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물의 온도를 천천히 상온으로 올리며 15시간 동안 숙성하였다. 반응 혼합물을 질소 분위기에서 여과하고 농축하였다. 농축된 혼합물에 헥산 500mL을 가하고 여과한 후 농축하였다. 농축한 반응 혼합물을 감압 분별증류하여 65℃, 3torr에서 순도 99.5%의 화학식 2의 화합물 120g을 얻었다.
(GC/MSD; m/z=200, 1H NMR (300MHz, CDCl3); δ 4.32(s, 2H, Jsia =114.0Hz), 2.99(s, 4H), 1.22(s, 18H))
실시예
2 : 1,3-
디이소프로필
-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-
Diisopropyl
-1,3,2-diazasilolidine)의 합성
상기 화학식 5로 표시된 엔,엔'-디이소프로필에틸렌디아민(N,N'-diisopropylethylenediamine) 150g(1.04mol)을 테트라하이드로퓨란(THF) 800mL에 희석한 후 -50℃ 이하의 저온에서 노르말부틸리튬(nBuLi) 2.5M 헥산(Hexanes) 용액 832mL(1.74mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물을 -50℃ 이하에서 1시간 동안 숙성한 후, 200mL 테트라하이드로퓨란에 포집한 디클로로실란(Dichlorosilane) 105g(1.04mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물의 온도를 천천히 상온으로 올리며 15시간 동안 숙성하였다. 반응 혼합물을 질소 분위기에서 여과하고 농축하였다. 농축된 혼합물에 헥산 500mL을 가하고 여과한 후 농축하였다. 농축한 반응 혼합물을 감압 분별증류하여 56℃, 5torr에서 순도 99.4%의 화학식 3의 화합물 81g을 얻었다.
(GC/MSD; m/z=172, 1H NMR (300MHz, CDCl3); δ 4.85(s, 2H), 3.07(7, 2H), 3.00(s, 4H), 1.18(d, 12H))
비교예
1 : 1-에틸-3-
터트
-부틸-1,3,2-디아자실롤리딘(1-
Ethyl
-3-
tert
-butyl-1,3,2-diazasilolidine)의 합성
실리콘 전구체로써, 하기 화학식 6으로 표시되는 탄소수 8개의 1-에틸-3-터트-부틸-1,3,2-디아자실롤리딘(1-Ethyl-3-tert-butyl-1,3,2-diazasilolidine)을 합성하였다.
[화학식 6]
상기 화학식 6으로 표시되는 실리콘 전구체 화합물은 아래의 화학식 7로 표시되는 화합물로부터 유도하였다.
[화학식 7]
즉, 상기 화학식 7로 표시되는 엔-에틸-엔'-터트-부틸에틸렌디아민(N-Ethyl-N'-tert-butylethylenediamine) 144.3g(1.00mol)을 테트라하이드로퓨란 700mL에 희석한 후 -50℃ 이하의 저온에서 노르말부틸리튬(nBuLi) 2.5M 헥산(Hexanes)용액 800mL(2.00mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물을 -50℃ 이하에서 1시간 동안 숙성한 후, 200mL 테트라하이드로퓨란에 포집한 디클로로실란(Dichlorosilane) 101g(1.00mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물의 온도를 천천히 상온으로 올리며 15시간 동안 숙성하였다. 반응 혼합물을 질소 분위기에서 여과하고 농축하였다. 농축된 혼합물에 헥산 500mL을 가하고 여과한 후 농축하였다. 반응 혼합물을 감압 분별증류 실시하였으나, 재배기의 온도가 올라가도 증류되지 않으며 감압 펌프 트랩에 상기 화합물 6이 응축되는 것이 확인되었다.
(감압정제 전 GC/MSD; m/z=172, GC; Purity=64.5%, 감압정제 중 GC; Purity:17.1%)
비교예
2 : 1-에틸-3-이소프로필-1,3,2-디아자실롤리딘(1-
Ethyl
-3-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine)의 합성
실리콘 전구체로써, 하기 화학식 8로 표시되는 탄소수 7개의 1-에틸-3-이소프로필-1,3,2-디아자실롤리딘(1-Ethyl-3-isopropyl-1,3,2-diazasilolidine)을 합성하였다.
[화학식 8]
상기 화학식 8로 표시되는 실리콘 전구체 화합물은 아래의 화학식 9로 표시되는 화합물로부터 유도하였다.
[화학식 9]
즉, 상기 화학식 9로 표시되는 엔-에틸-엔'-이소프로필에틸렌디아민(N-Ethyl-N'-isopropylethylenediamine) 130.2g(1.00mol)을 테트라하이드로퓨란 700mL에 희석한 후 -50℃ 이하의 저온에서 노르말부틸리튬(nBuLi) 2.5M 헥산(Hexanes)용액 800mL(2.00mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물을 -50℃ 이하에서 1시간 동안 숙성한 후, 200mL 테트라하이드로퓨란에 포집한 디클로로실란(Dichlorosilane) 101g(1.00mol)을 -50℃ 이하의 온도를 유지하면서 적가하였다. 반응 혼합물의 온도를 천천히 상온으로 올리며 15시간 동안 숙성하였다. 반응 혼합물을 질소 분위기에서 여과하고 농축하였다. 농축된 혼합물에 헥산 500mL을 가하고 여과한 후 농축하였다. 반응 혼합물을 감압 분별증류 실시하였으나, 재배기의 온도가 올라가도 증류되지 않으며 감압 펌프 트랩에 화합물이 응축되는 것이 확인되었다.
(감압정제 전 GC/MSD; m/z=158, GC; Purity=62.6%, 감압정제 중 GC; Purity:13.1%)
비교예
3 : R이
메틸인
실리콘 화합물의 합성
상기 화학식 1에서 R1이 H 이고, 2개의 R이 모두 메틸(탄소수 4개)인 실리콘 전구체 화합물을 상기 비교예 1과 같은 방법으로 합성을 진행하였다.
비교예
4 : R이 에틸인 실리콘 화합물의 합성
상기 화학식 1에서 R1이 H 이고, 2개의 R이 모두 에틸(탄소수 6개)인 실리콘 전구체 화합물을 상기 비교예 1과 같은 방법으로 합성을 진행하였다.
실험예
1 :
실시예
1~2 및
비교예
1~4에 따른 화합물의 합성 여부 확인과, 정제과정을 통한 실리콘 화합물의 수득
먼저, 상기 실시예 1, 2에서 얻은 화합물을 진공 분별 증류 방법으로 정제해서, 목적하는 실리콘 전구체 화합물을 수득하였다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물의 정제 후 GC/MSD 분석 결과이고, 도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이며, 도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물의 정제 후 GC/MSD 분석 결과이다. 여기에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1, 2에서 얻은 화합물로부터 정제과정에 의해 목적하는 화합물을 분류해 낼 수 있었다.
이와 비교하여, 상기 비교예 3, 4에서와 같이 R이 메틸이나 에틸인 경우에는 GC/MSD 분석에 의하면 실제로 실리콘 전구체 화합물은 합성되지 않았다.
또한, 상기 비교예 3, 4에서보다 탄소수가 많은 비교예 1, 2에 의하여 비대칭 실리콘 전구체 화합물을 합성하였고, 그 결과는 도 4~7에 나타난 바와 같다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이고, 도 5는 상기 비교예 1에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 중 GC/MSD 분석 결과이며, 도 6은 비교예 2에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 전 GC/MSD 분석 결과이고, 도 7은 상기 비교예 2에 따라 제조된 실리콘 화합물의 정제 중 GC/MSD 분석 결과이다.
구체적으로, 도 4와 도 5를 비교해 보면, 비교예 1에 따라 합성된 실리콘 화합물의 경우, 정제 과정에서 해당 물질의 수치가 작아진 것을 확인할 수 있고, 이것은 상기 화합물이 열에 의해 분해되어 순도가 줄어들었기 때문이며, 이에 따라 비교예 1의 실리콘 화합물이 합성된 것은 확인하였으나, 실제로 그 화합물을 얻을 수는 없었다. 또한, 도 6과 도 7에서도 마찬가지로, 비교예 1에 따라 합성된 실리콘 화합물 역시 정제 과정에서 열분해 되어 순도가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
상기한 바에 의하면, 비교예의 화합물들은 합성이 가능하지만, 정제과정에서 열에 의하여 분해되어 순도가 줄어들기 때문에, 실리콘 전구체 화합물로는 제조가 불가능함을 확인하였다.
이에 따라, 상기 비교예와 실시예를 종합하면 화학식 1에서 R의 탄소수가 3개 이상인 이소프로필 이상이어야 합성 후 정제가 가능하고, 그에 따라 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 증착용으로 바람직함을 확인할 수 있었다.
실험예
2 : 열적 안정성 평가
상기 실시예 1, 2에 따라 얻은 화합물을 포함하는 조성물을 대상으로, 열적 안정성 평가 실험을 하였다. 실험은 변형된 형태의 IR 가스셀을 사용하였다.
변형된 형태의 IR 가스셀은 셀 온도와 주입가스를 원하는대로 조절이 가능한 구조로 되어 있다. 안정성 평가를 위해 발명된 전구체를 기화시켜 가스셀 내부로 주입하고 가스셀의 온도를 상온에서부터 700℃까지 올리면서 분자구조 변화를 관찰하였다.
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물의 열정 안정성 실험 결과 그래프이고, 왼쪽이 1,3-디-터트-부틸-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Di-tert-butyl-1,3,2-diazasilolidine)에 대한 것이며, 오른쪽이 1,3-디이소프로필-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Diisopropyl-1,3,2-diazasilolidine)에 대한 것이다.
여기에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1, 2에 따른 조성물의 경우 약 700oC 까지 열적안정성을 보이는 것으로 확인되었다.
실험예
3 : 반응성 평가
상기 실시예 1, 2에 따라 얻은 화합물을 포함하는 조성물을 대상으로, 반응성 평가 실험을 하였다. 실험은 변형된 형태의 IR 가스셀을 사용하였다. 가스셀의 온도는 상온과 50 ℃로 설정하여 측정하였다.
반응성을 평가하기 위해서 일반적으로 산화물을 만들기 위해 사용하는 반응가스인 H2O를 사용하였다. 발명된 전구체를 기화시켜 가스셀 내부로 주입함과 동시에 반응기체인 H2O를 주입하고 설정된 온도에서 분자구조의 변화를 관찰하여 그 변화정도를 활용해 반응성을 평가하였다.
도 9는 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물의 반응성 실험 결과 그래프이고, 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1, 2에 따른 조성물의 경우 물(산화물을 만들기 위한 반응원료)과의 반응성도 상온에서 일어날 정도로 높은 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 2의 조성물은 실시예 1의 조성물보다 상온에서 현저히 우수한 반응성을 가지는 것으로 나타났다.
실험예
4 :
Si
산화물의 증착
상기 실시예 1, 2에 따라 얻은 화합물을 포함하는 조성물을 증착원료로 이용해서, Si 산화물의 증착 실험을 하였다.
도 10은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물을 이용한 Si 산화물 증착 공정을 설명하기 위한 공정도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 공정조건은 증착원료 3초,이어서 1차 퍼지를 3초간 수행하였으며, 반응가스로는 산소(O2)를 3초간 주입하였고, 2차 퍼지는 3초간 수행하였다. 또한, 특별히 반응가스를 주입할 때 플라즈마 파워(300W)를 동시에 인가해 박막의 불순물 혼입을 낮게 유지하고자 하였다.
그 결과, 본 공정을 통해 증착속도는 1.0 A/cycle(실시예 1)과 1.5 A/cycle(실시예 2)을 각각 얻을 수 있었으며, 불순물을 XPS 분석했을 때 탄소(C)는 혼입되지 않았다. 실시예 1, 2의 두 전구체 모두 산소 플라즈마 없이 물을 사용했을 경우에도 증착이 되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 11은 본 발명의 일 구체예에 따른 화합물을 이용한 증기압 측정 결과 그래프이다. 즉, 증기압을 측정하기 위해 공기가 차단된 진공 용기에 상기 실시예 1, 2에 따른 전구체 조성물을 각각 넣고, 내부 압력을 10^-6 Torr를 낮추었다. 그리고, 측정을 원하는 온도까지 올린 후 각 온도(30, 50, 70℃)에서의 압력변화를 측정하고 압력이 변화가 없는 포화압력을 증기압으로 사용했다. 그 결과, 실시예 2의 경우가 실시예 1보다 3배 높은 증기압을 기록하였음을 확인할 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
Claims (5)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 전구체 조성물:
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, R은 H, tBu 또는 iPr 이고, R1은 CnH2n +1(n=0, 1, 2, 3 또는 4)이다.).
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1의 R은 tBu 또는 iPr 인 것을 특징으로 하는 실리콘 전구체 조성물.
- 하기 화학식 2로 표시되는 1,3-디-터트-부틸-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Di-tert-butyl-1,3,2-diazasilolidine) 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 전구체 조성물.
[화학식 2]
- 하기 화학식 3으로 표시되는 1,3-디이소프로필-1,3,2-디아자실롤리딘(1,3-Diisopropyl-1,3,2-diazasilolidine) 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 전구체 조성물.
[화학식 3]
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 전구체 조성물은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 증착용인 것을 특징으로 하는 실리콘 전구체 조성물.
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| KR1020120055302A KR20120131114A (ko) | 2011-05-24 | 2012-05-24 | 실리콘 화합물 증착용 화합물 및 전구체 조성물 |
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| KR1020120055302A KR20120131114A (ko) | 2011-05-24 | 2012-05-24 | 실리콘 화합물 증착용 화합물 및 전구체 조성물 |
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2012
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