KR20150082114A - 금속 알콕시드 화합물, 박막 형성용 원료, 박막의 제조방법 및 알코올 화합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CVD법에 의한 박막 형성용 원료로서 바람직한 물성을 가지는 금속 알콕시드 화합물, 특히 금속구리 박막 형성용 원료로서 바람직한 물성을 가지는 금속 알콕시드 화합물을 제공하는 것이며, 구체적으로는 하기 일반식(I)로 표시되는 금속 알콕시드 화합물 및 상기 금속 알콕시드 화합물을 함유해서 이루어지는 박막 형성용 원료를 제공하는 것이다.
Figure pct00023

(식 중, R1은 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R3은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타내고, M은 금속원자 또는 규소원자를 나타내고, n은 금속원자 또는 규소원자의 가수를 나타낸다.)

Description

금속 알콕시드 화합물, 박막 형성용 원료, 박막의 제조방법 및 알코올 화합물{METAL ALKOXIDE COMPOUND, THIN FILM-FORMING STARTING MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING THIN FILM, AND ALCOHOL COMPOUND}
본 발명은 특정 이미노알코올을 배위자로서 가지는 신규한 금속 알콕시드 화합물, 상기 화합물을 함유해서 이루어지는 박막 형성용 원료, 상기 박막 형성용 원료를 이용한 금속함유 박막의 제조방법 및 신규한 알코올 화합물에 관한 것이다.
금속 원소를 포함하는 박막재료는 전기특성 및 광학특성 등을 나타내는 점에서 다양한 용도로 응용되고 있다. 예를 들면, 구리 및 구리함유 박막은 높은 도전성, 높은 일렉트로 마이그레이션 내성, 고융점이라는 특성으로 인해 LSI의 배선 재료로서 응용되고 있다. 또한 니켈 및 니켈함유 박막은 주로 저항막, 배리어막 등의 전자부품의 부재나, 자성막 등의 기록 미디어용 부재나, 전극 등의 박막 태양전지용 부재 등에 이용되고 있다. 또한 코발트 및 코발트함유 박막은 전극막, 저항막, 접착막, 자기 테이프, 초경(超硬) 공구부재 등에 이용되고 있다.
상기 박막의 제조법으로는 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 도포 열분해법이나 졸겔법 등의 MOD법, 화학기상성장법 등을 들 수 있지만, 조성 제어성, 단차 피복성이 뛰어난 점, 양산화에 적합한 점, 하이브리드 집적이 가능한 점 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에, ALD(Atomic Layer Deposition)법을 포함하는 화학기상성장(이하, 간단히 CVD로 기재하기도 함)법이 최적의 제조 프로세스이다.
화학기상성장법에 이용되는 금속 공급원으로서 다양한 원료가 다수 보고되어 있지만, 예를 들어 특허문헌 1에는 MOCVD법에 의한 니켈함유 박막 형성용 원료로서 이용할 수 있는 니켈의 3급 아미노알콕시드 화합물이 개시되어 있다. 또한 특허문헌 2에는 MOCVD법에 의한 코발트함유 박막 형성용 원료로서 이용할 수 있는 코발트의 3급 아미노알콕시드 화합물이 개시되어 있다. 또 특허문헌 3에는 화학기상성장법에 의한 구리함유 박막 형성용 원료로서 이용할 수 있는 구리의 3급 아미노알콕시드 화합물이 개시되어 있다.
US2008/171890호 공보 KR100675983호 공보 일본국 공개특허공보 2006-328019호
화학기상성장용 원료 등을 기화시켜 박막을 형성할 경우, 상기 원료에 적합한 화합물(프리커서)에 요구되는 성질은 자연 발화성이 없고, 증기압이 커 기화시키기 쉬울 것, 열안정성이 높을 것이다. 종래의 금속 화합물 중 이러한 점들을 충분히 만족할 수 있는 화합물은 없었다.
한편, 화학기상성장용 원료 등을 기화시켜서 금속구리 박막을 형성할 경우에는 200℃ 이상으로 가열하면 금속구리 박막의 막질이 나빠지고 전기저항값이 높아져, 원하는 전기특성이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다. 상기 문제의 원인은 특정할 수 없지만, 200℃ 이상으로 가열함으로써, 얻어지는 박막 중에 존재하는 구리입자의 입경이 커지는 것이나 상기 입자가 응집되는 것이 원인이 아닐까 추측된다. 그리하여 200℃ 미만에서 열분해가 발생하는 금속구리 박막 형성용 화학기상성장법용 원료가 요구되고 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 CVD법에 의한 박막 형성용 원료로서 바람직한 물성을 가지는 금속 알콕시드 화합물을 제공함에 있어, 특히 금속구리 박막 형성용 원료로서 바람직한 물성을 가지는 금속 알콕시드 화합물을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 검토를 거듭한 결과, 특정 금속 알콕시드 화합물이 상기 과제를 해결할 수 있음을 지견하여 본 발명에 도달하였다.
본 발명은 하기 일반식(I)로 표시되는 금속 알콕시드 화합물, 이것을 함유해서 이루어지는 박막 형성용 원료, 및 상기 원료를 이용해서 금속을 함유하는 박막을 형성하는 박막의 제조방법을 제공하는 것이다.
Figure pct00001
(식 중, R1은 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R3은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타내고, M은 금속원자 또는 규소원자를 나타내고, n은 금속원자 또는 규소원자의 가수(價數;valence)를 나타낸다.)
또한 본 발명은 상기 금속 알콕시드 화합물의 배위자로서 바람직한, 하기 일반식(II)로 표시되는 알코올 화합물을 제공하는 것이다.
Figure pct00002
(식 중, R4는 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R5는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 단, R5가 수소원자일 경우, R4는 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 또한 R5가 메틸기이고, R4가 메틸기일 경우, R6은 탄소수 3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 또한 R5가 메틸기이고, R4가 에틸기일 경우, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다.)
본 발명에 의하면, 자연 발화성이 없고, 충분한 휘발성을 나타내면서 높은 열안정성을 가지는 신규한 금속 알콕시드 화합물을 제공할 수 있다. 또한 상기 금속 알콕시드 화합물은 CVD법에 의한 박막 형성용 원료로서 적합하다. 또한 본 발명에 의하면, 자연 발화성이 없고, 200℃ 미만에서 열분해시킬 수 있으며, 또한 충분한 휘발성을 나타내는 구리 화합물을 제공할 수 있다. 상기 구리 화합물은 CVD법에 의한 금속구리 박막 형성용의 박막 형성용 원료로서 적합하다. 또한 본 발명에 의하면, 상기 본 발명의 금속 알콕시드 화합물의 원료로서 바람직한 신규한 알코올 화합물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막의 제조방법에 이용되는 화학기상성장용 장치의 일례를 나타내는 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막의 제조방법에 이용되는 화학기상성장용 장치의 다른 일례를 나타내는 개요도이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막의 제조방법에 이용되는 화학기상성장용 장치의 다른 일례를 나타내는 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속을 함유하는 박막의 제조방법에 이용되는 화학기상성장용 장치의 다른 일례를 나타내는 개요도이다.
도 5는 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.25의 분자 구조도이다.
도 6은 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.41의 분자 구조도이다.
도 7은 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.47의 분자 구조도이다.
도 8은 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.57의 분자 구조도이다.
도 9는 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.63의 분자 구조도이다.
도 10은 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.17의 분자 구조도이다.
도 11은 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.18의 분자 구조도이다.
도 12는 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.19의 분자 구조도이다.
도 13은 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.20의 분자 구조도이다.
도 14는 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.23의 분자 구조도이다.
도 15는 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 화합물 No.60의 분자 구조도이다.
본 발명의 금속 알콕시드 화합물은 상기 일반식(I)로 표시되는 것으로, CVD법 등의 기화 공정을 가지는 박막 제조방법의 프리커서(precursor)로서 바람직하며, 열안정성이 높기 때문에 특히 ALD법에 이용되는 프리커서로서 바람직하다.
상기 일반식(I)에서 R1은 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R3은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타내고, M은 금속원자 또는 규소원자를 나타내고, n은 금속원자 또는 규소원자의 가수를 나타낸다. R3으로 표시되는 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기를 들 수 있다. 상기 일반식(I)로 표시되는 금속 알콕시드 화합물은 광학 활성을 가지는 경우가 있지만, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물은 특히 R체, S체에 의해 구별되는 것이 아니며, 그 어느 쪽이어도 되고, R체와 S체의 임의 비율의 혼합물이어도 된다. 라세미체는 제조 비용이 저렴하다.
상기 일반식(I)에서 R1, R2, R3은 화합물을 기화시키는 공정을 가지는 금속구리 이외의 박막의 제조방법에 이용될 경우에는 증기압이 크고, 열분해 온도가 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, M이 구리 이외의 금속원자 또는 규소원자인 경우, R1은 메틸기 또는 에틸기가 바람직하고, R2는 수소원자 또는 메틸기가 바람직하고, R3은 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기가 바람직하다. 또한 M이 구리일 경우, R1은 메틸기 또는 에틸기가 바람직하고, R2는 메틸기가 바람직하고, R3은 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기가 바람직하다. 또한 기화 공정을 수반하지 않는 MOD법에 의한 박막의 제조방법의 경우, R1, R2, R3은 사용되는 용매에 대한 용해성, 박막 형성 반응 등에 따라 임의로 선택할 수 있다.
또한 상기 일반식(I)에서 R1, R2, R3은 화합물을 기화시키는 공정을 가지는 금속구리 박막의 제조방법에 이용될 경우, 증기압이 크고 열분해 온도가 200℃ 미만인 것이 바람직하다. 구체적으로 M은 구리이며, R1은 메틸기 또는 에틸기가 바람직하고, R2는 수소원자가 바람직하고, R3은 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기가 바람직하다. 그 중에서도 R1이 에틸기인 화합물은 열분해 온도가 낮아 특히 바람직하다. 또한 기화 공정을 수반하지 않는 MOD법에 의한 박막의 제조방법의 경우, R1, R2, R3은 사용되는 용매에 대한 용해성, 박막 형성 반응 등에 따라 임의로 선택할 수 있다.
상기 일반식(I)에서 M은 금속원자 또는 규소원자를 나타낸다. 상기 금속원자로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 코발트, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석, 납, 안티몬, 비스무트, 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬을 들 수 있다.
본 발명의 금속 알콕시드 화합물은 상기 일반식(I)로 대표해서 나타내고 있는데, 배위자 중의 말단 도너기(donor group)가 금속원자에 배위하여 환구조를 형성했을 경우, 즉, 하기 일반식(I-A)로 표시되는 경우와 구별되는 것이 아니라 양쪽을 포함하는 개념이다.
Figure pct00003
(식 중, R1은 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R3은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타내고, M은 금속원자를 나타내고, n은 금속원자의 가수를 나타낸다.)
상기 일반식(I)로 표시되는 금속 알콕시드 화합물의 구체예로는 화합물 No.1~화합물 No.16을 들 수 있다. 한편, 화합물 No.1~화합물 No.16에서 M은 금속원자 또는 규소원자이고, n은 금속원자 또는 규소원자의 가수를 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
상기 일반식(I)로 표시되는 화합물의 상세한 구체적인 예로는, 예를 들면, M이 구리일 경우에는 화합물 No.17~화합물 No.32를 들 수 있고, M이 니켈일 경우에는 화합물 No.33~48을 들 수 있고, M이 코발트일 경우에는 화합물 No.49~64를 들 수 있다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
본 발명의 금속 알콕시드 화합물은 그 제조방법에 의해 특별히 제한되지 않으며, 주지의 반응을 응용해서 제조된다. 제조방법으로는, 예를 들면 금속의 알콕시드 화합물, 염화물, 아민 화합물 등에, 대응하는 구조의 알코올 화합물을 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 박막 형성용 원료란, 상기에서 설명한 본 발명의 금속 알콕시드 화합물을 박막의 프리커서로 한 것이며, 그 형태는 상기 박막 형성용 원료가 적용되는 제조 프로세스에 따라 다르다. 예를 들면, 1종류의 금속 또는 규소만을 포함하는 박막을 제조할 경우, 본 발명의 박막 형성용 원료는 상기 금속 알콕시드 화합물 이외의 금속 화합물 및 반(半)금속 화합물을 함유하지 않는다. 한편, 2종류 이상의 금속 및/또는 반금속을 포함하는 박막을 제조할 경우, 본 발명의 박막 형성용 원료는 상기 금속 알콕시드 화합물에 더해서, 원하는 금속을 포함하는 화합물 및/또는 반금속을 포함하는 화합물(이하, 다른 프리커서라고도 함)을 함유한다.
본 발명의 박막 형성용 원료는 후술하는 바와 같이 유기 용제 및/또는 구핵성 시약을 더 함유해도 된다. 본 발명의 박막 형성용 원료는 상기 설명대로, 프리커서인 금속 알콕시드 화합물의 물성이 CVD법, ALD법에 적합하므로, 특히 화학기상성장용 원료(이하 CVD용 원료라고 하기도 함)로서 유용하다.
본 발명의 박막 형성용 원료가 화학기상성장용 원료일 경우, 그 형태는 사용되는 CVD법의 수송 공급 방법 등의 수법에 따라 적절히 선택되는 것이다.
상기의 수송 공급 방법으로는, CVD용 원료를 상기 원료가 저장되는 용기(이하, 간단히 원료용기라고 기재하기도 함) 중에서 가열 및/또는 감압함으로써 기화시켜서 증기로 하고, 필요에 따라서 이용되는 아르곤, 질소, 헬륨 등의 캐리어 가스와 함께, 상기 증기를 기체(基體;substrate)가 설치된 성막 챔버 내(이하, 퇴적 반응부라고 기재하기도 함)에 도입하는 기체(氣體;gas) 수송법, CVD용 원료를 액체 또는 용액의 상태로 기화실까지 수송하고, 기화실에서 가열 및/또는 감압함으로써 기화시켜서 증기로 하여, 상기 증기를 성막 챔버 내에 도입하는 액체 수송법이 있다. 기체 수송법의 경우는 상기 일반식(I)로 표시되는 금속 알콕시드 화합물 자체를 CVD 원료로 할 수 있다. 액체 수송법의 경우는 상기 일반식(I)로 표시되는 금속 알콕시드 화합물 자체 또는 상기 화합물을 유기 용제에 녹인 용액을 CVD용 원료로 할 수 있다. 이들 CVD 원료는 다른 프리커서나 구핵성 시약 등을 더 포함하고 있어도 된다.
또한 다성분계의 CVD법에서는 CVD용 원료를 각 성분 독립적으로 기화, 공급하는 방법(이하, 싱글 소스법이라고 기재하기도 함)과, 다성분 원료를 미리 원하는 조성으로 혼합한 혼합 원료를 기화, 공급하는 방법(이하, 칵테일 소스법이라고 기재하기도 함)이 있다. 칵테일 소스법의 경우, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물과 다른 프리커서와의 혼합물 혹은 상기 혼합물을 유기 용제에 녹인 혼합 용액을 CVD용 원료로 할 수 있다. 이 혼합물이나 혼합 용액은 구핵성 시약 등을 더 포함하고 있어도 된다. 한편, 프리커서로서 본 발명의 금속 알콕시드 화합물만을 사용하고, R체와 S체를 병용할 경우에는 R체를 포함하는 CVD용 원료와 S체를 포함하는 CVD용 원료를 별개로 기화시켜도 되고, 혹은 R체 및 S체의 혼합물을 포함하는 CVD용 원료를 기화시켜도 된다.
상기의 유기 용제로는, 특별히 제한되지 않으며 주지 일반의 유기 용제를 이용할 수 있다. 상기 유기 용제로는, 예를 들면, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 아세트산메톡시에틸 등의 아세트산에스테르류; 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로피란, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디부틸에테르, 디옥산 등의 에테르류; 메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 에틸부틸케톤, 디프로필케톤, 디이소부틸케톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 메틸시클로헥사논 등의 케톤류; 헥산, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 디메틸시클로헥산, 에틸시클로헥산, 헵탄, 옥탄, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소류; 1-시아노프로판, 1-시아노부탄, 1-시아노헥산, 시아노시클로헥산, 시아노벤젠, 1,3-디시아노프로판, 1,4-디시아노부탄, 1,6-디시아노헥산, 1,4-디시아노시클로헥산, 1,4-디시아노벤젠 등의 시아노기를 가지는 탄화수소류; 피리딘, 루티딘 등을 들 수 있고, 이들은 용질의 용해성, 사용온도와 비점, 인화점의 관계 등에 의해, 단독 또는 2종류 이상의 혼합 용매로서 이용된다. 이들 유기 용제를 사용할 경우, 프리커서를 유기 용제에 녹인 용액인 CVD용 원료 중에 있어서 프리커서 전체의 양이 0.01~2.0몰/리터, 특히 0.05~1.0몰/리터가 되도록 하는 것이 바람직하다. 프리커서 전체의 양이란, 본 발명의 박막 형성용 원료가, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물 이외의 금속 화합물 및 반금속 화합물을 함유하지 않을 경우, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물의 양이며, 본 발명의 박막 형성용 원료가, 상기 금속 알콕시드 화합물에 추가해서 다른 금속을 포함하는 화합물 및/또는 반금속을 포함하는 화합물을 함유할 경우, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물 및 다른 프리커서의 합계량이다.
또한 다성분계의 CVD법의 경우, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물과 함께 사용되는 다른 프리커서로는, 특별히 제한되지 않으며, CVD용 원료로 사용되고 있는 주지 일반의 프리커서를 사용할 수 있다.
상기의 다른 프리커서로는, 알코올 화합물, 글리콜 화합물, β-디케톤 화합물, 시클로펜타디엔 화합물, 유기 아민 화합물 등의 유기 배위자로서 사용되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종류 또는 2종류 이상과 규소나 금속과의 화합물을 들 수 있다. 또한 프리커서의 금속종으로는 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 코발트, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 구리, 은, 금, 아연, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석, 납, 안티몬, 비스무트, 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬을 들 수 있다.
상기의 다른 프리커서의 유기 배위자로서 이용되는 알코올 화합물로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필알코올, 부탄올, 제2부틸알코올, 이소부틸알코올, 제3부틸알코올, 펜틸알코올, 이소펜틸알코올, 제3펜틸알코올 등의 알킬알코올류; 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-메톡시-1-메틸에탄올, 2-메톡시-1,1-디메틸에탄올, 2-에톡시-1,1-디메틸에탄올, 2-이소프로폭시-1,1-디메틸에탄올, 2-부톡시-1,1-디메틸에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)-1,1-디메틸에탄올, 2-프로폭시-1,1-디에틸에탄올, 2-s-부톡시-1,1-디에틸에탄올, 3-메톡시-1,1-디메틸프로판올 등의 에테르알코올류; 디메틸아미노에탄올, 에틸메틸아미노에탄올, 디에틸아미노에탄올, 디메틸아미노-2-펜탄올, 에틸메틸아미노-2-펜탄올, 디메틸아미노-2-메틸-2-펜탄올, 에틸메틸아미노-2-메틸-2-펜탄올, 디에틸아미노-2-메틸-2-펜탄올 등의 디알킬아미노알코올류 등을 들 수 있다.
상기의 다른 프리커서의 유기 배위자로서 이용되는 글리콜 화합물로는 1,2-에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 2,4-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 2,4-부탄디올, 2,2-디에틸-1,3-부탄디올, 2-에틸-2-부틸-1,3-프로판디올, 2,4-펜탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2,4-헥산디올, 2,4-디메틸-2,4-펜탄디올 등을 들 수 있다.
또한 β-디케톤 화합물로는 아세틸아세톤, 헥산-2,4-디온, 5-메틸헥산-2,4-디온, 헵탄-2,4-디온, 2-메틸헵탄-3,5-디온, 5-메틸헵탄-2,4-디온, 6-메틸헵탄-2,4-디온, 2,2-디메틸헵탄-3,5-디온, 2,6-디메틸헵탄-3,5-디온, 2,2,6-트리메틸헵탄-3,5-디온, 2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디온, 옥탄-2,4-디온, 2,2,6-트리메틸옥탄-3,5-디온, 2,6-디메틸옥탄-3,5-디온, 2,9-디메틸노난-4,6-디온, 2-메틸-6-에틸데칸-3,5-디온, 2,2-디메틸-6-에틸데칸-3,5-디온 등의 알킬 치환 β-디케톤류; 1,1,1-트리플루오로펜탄-2,4-디온, 1,1,1-트리플루오로-5,5-디메틸헥산-2,4-디온, 1,1,1,5,5,5-헥사플루오로펜탄-2,4-디온, 1,3-디퍼플루오로헥실프로판-1,3-디온 등의 불소 치환 알킬 β-디케톤류; 1,1,5,5-테트라메틸-1-메톡시헥산-2,4-디온, 2,2,6,6-테트라메틸-1-메톡시헵탄-3,5-디온, 2,2,6,6-테트라메틸-1-(2-메톡시에톡시)헵탄-3,5-디온 등의 에테르 치환 β-디케톤류 등을 들 수 있다.
또한 시클로펜타디엔 화합물로는 시클로펜타디엔, 메틸시클로펜타디엔, 에틸시클로펜타디엔, 프로필시클로펜타디엔, 이소프로필시클로펜타디엔, 부틸시클로펜타디엔, 제2부틸시클로펜타디엔, 이소부틸시클로펜타디엔, 제3부틸시클로펜타디엔, 디메틸시클로펜타디엔, 테트라메틸시클로펜타디엔 등을 들 수 있고, 상기의 유기 배위자로서 이용되는 유기 아민 화합물로는 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 제2부틸아민, 제3부틸아민, 이소부틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, 에틸메틸아민, 프로필메틸아민, 이소프로필메틸아민 등을 들 수 있다.
상기의 다른 프리커서는 해당 기술분야에서 공지인 것이고 그 제조방법도 공지이다. 제조방법의 일례를 들면, 예를 들어 유기 배위자로서 알코올 화합물을 이용했을 경우에는, 앞서 말한 금속의 무기염 또는 그 수화물과, 상기 알코올 화합물의 알칼리 금속 알콕시드를 반응시킴으로써 프리커서를 제조할 수 있다. 여기서, 금속의 무기염 또는 그 수화물로는 금속의 할로겐화물, 질산염 등을 들 수 있고, 알칼리 금속 알콕시드로는 나트륨알콕시드, 리튬알콕시드, 칼륨알콕시드 등을 들 수 있다.
상기의 다른 프리커서는 싱글 소스법의 경우는 본 발명의 금속 알콕시드 화합물과, 열 및/또는 산화 분해의 거동이 유사한 화합물이 바람직하고, 칼테일 소스법의 경우는 열 및/또는 산화 분해의 거동이 유사한 것에 더해, 혼합시에 화학반응 등에 의한 변질을 일으키지 않는 것이 바람직하다.
상기의 다른 프리커서 중, 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄을 포함하는 프리커서로는 하기 일반식(II-1)~(II-5)로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure pct00012
(식 중 M1은 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄을 나타내고, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐원자로 치환되어도 되고, 쇄 중에 산소원자를 포함해도 되는 탄소수 1~20의 알킬기를 나타내고, Rc는 탄소수 1~8의 알킬기를 나타내고, Rd는 탄소수 2~18의 분기되어도 되는 알킬렌기를 나타내고, Re 및 Rf는 각각 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1~3의 알킬기를 나타내고, Rg, Rh, Rk 및 Rj는 각각 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, p는 0~4의 정수를 나타내고, q는 0 또는 2를 나타내고, r은 0~3의 정수를 나타내고, s는 0~4의 정수를 나타내고, t는 1~4의 정수를 나타낸다.)
상기 식(II-1)~(II-5)에서, Ra 및 Rb로 표시되는, 할로겐원자로 치환되어도 되고, 쇄 중에 산소원자를 포함해도 되는 탄소수 1~20의 알킬기로는, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제2아밀, 제3아밀, 헥실, 시클로헥실, 1-메틸시클로헥실, 헵틸, 3-헵틸, 이소헵틸, 제3헵틸, n-옥틸, 이소옥틸, 제3옥틸, 2-에틸헥실, 트리플루오로메틸, 퍼플루오로헥실, 2-메톡시에틸, 2-에톡시에틸, 2-부톡시에틸, 2-(2-메톡시에톡시)에틸, 1-메톡시-1,1-디메틸메틸, 2-메톡시-1,1-디메틸에틸, 2-에톡시-1,1-디메틸에틸, 2-이소프로폭시-1,1-디메틸에틸, 2-부톡시-1,1-디메틸에틸, 2-(2-메톡시에톡시)-1,1-디메틸에틸 등을 들 수 있다. 또한 Rc로 표시되는 탄소수 1~8의 알킬기로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸, 아밀, 이소아밀, 제2아밀, 제3아밀, 헥실, 1-에틸펜틸, 시클로헥실, 1-메틸시클로헥실, 헵틸, 이소헵틸, 제3헵틸, n-옥틸, 이소옥틸, 제3옥틸, 2-에틸헥실 등을 들 수 있다. 또한 Rd로 표시되는 탄소수 2~18의 분기되어도 되는 알킬렌기란, 글리콜에 의해 부여되는 기이며, 상기 글리콜로는, 예를 들면, 1,2-에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 2,4-헥산디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-부탄디올, 2-에틸-2-부틸-1,3-프로판디올, 2,4-펜탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1-메틸-2,4-펜탄디올 등을 들 수 있다. 또한 Re 및 Rf로 표시되는 탄소수 1~3의 알킬기로는, 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필 등을 들 수 있고, Rg, Rh, Rj 및 Rk로 표시되는 탄소수 1~4의 알킬기로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 제2부틸, 제3부틸, 이소부틸 등을 들 수 있다.
구체적으로는 티타늄을 포함하는 프리커서로서, 테트라키스(에톡시)티타늄, 테트라키스(2-프로폭시)티타늄, 테트라키스(부톡시)티타늄, 테트라키스(제2부톡시)티타늄, 테트라키스(이소부톡시)티타늄, 테트라키스(제3부톡시)티타늄, 테트라키스(제3아밀)티타늄, 테트라키스(1-메톡시-2-메틸-2-프로폭시)티타늄 등의 테트라키스알콕시티타늄류; 테트라키스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, (2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 테트라키스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄 등의 테트라키스β-디케토나토티타늄류; 비스(메톡시)비스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, 비스(에톡시)비스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, 비스(제3부톡시)비스(펜탄-2,4-디오나토)티타늄, 비스(메톡시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(에톡시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(2-프로폭시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3부톡시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3아밀옥시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(메톡시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(에톡시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(2-프로폭시)비스(2,6,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3부톡시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, 비스(제3아밀옥시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄 등의 비스(알콕시)비스(β디케토나토)티타늄류; (2-메틸펜탄디옥시)비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄, (2-메틸펜탄디옥시)비스(2,6-디메틸헵탄-3,5-디오나토)티타늄 등의 글리콕시비스(β디케토나토)티타늄류; (메틸시클로펜타디에닐)트리스(디메틸아미노)티타늄, (에틸시클로펜타디에닐)트리스(디메틸아미노)티타늄, (시클로펜타디에닐)트리스(디메틸아미노)티타늄, (메틸시클로펜타디에닐)트리스(에틸메틸아미노)티타늄, (에틸시클로펜타디에닐)트리스(에틸메틸아미노)티타늄, (시클로펜타디에닐)트리스(에틸메틸아미노)티타늄, (메틸시클로펜타디에닐)트리스(디에틸아미노)티타늄, (에틸시클로펜타디에닐)트리스(디에틸아미노)티타늄, (시클로펜타디에닐)트리스(디에틸아미노)티타늄 등의 (시클로펜타디에닐)트리스(디알킬아미노)티타늄류; (시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄, (메틸시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄, (에틸시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄, (프로필시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄, (이소프로필시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄, (부틸시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄, (이소부틸시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄, (제3부틸시클로펜타디에닐)트리스(메톡시)티타늄 등의 (시클로펜타디에닐)트리스(알콕시)티타늄류 등을 들 수 있고, 지르코늄을 포함하는 프리커서 또는 하프늄을 포함하는 프리커서로는, 상기 티타늄을 포함하는 프리커서로서 예시한 화합물에 있어서 티타늄을, 지르코늄 또는 하프늄으로 바꿔 놓은 화합물을 들 수 있다.
희토류원소를 포함하는 프리커서로는, 하기 식(III-1)~(III-3)으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure pct00013
(식 중 M2는 희토류원자를 나타내고, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐원자로 치환되어도 되고, 쇄 중에 산소원자를 포함해도 되는 탄소수 1~20의 알킬기를 나타내고, Rc는 탄소수 1~8의 알킬기를 나타내고, Re 및 Rf는 각각 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1~3의 알킬기를 나타내고, Rg 및 Rj는 각각 독립적으로 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내고, p'는 0~3의 정수를 나타내고, r'은 0~2의 정수를 나타낸다.)
상기의 희토류원소를 포함하는 프리커서에 있어서, M2로 표시되는 희토류원자로는, 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬을 들 수 있고, Ra, Rb, Rc, Re, Rf, Rg 및 Rj로 표시되는 기로는, 상기의 티타늄 프리커서에서 예시한 기를 들 수 있다.
또한 본 발명의 박막 형성용 원료에는 필요에 따라서, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물 및 다른 프리커서의 안정성을 부여하기 위해 구핵성 시약을 함유해도 된다. 상기 구핵성 시약으로는, 글라임, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임 등의 에틸렌글리콜에테르류, 18-크라운-6, 디시클로헥실-18-크라운-6, 24-크라운-8, 디시클로헥실-24-크라운-8, 디벤조-24-크라운-8 등의 크라운 에테르류, 에틸렌디아민, N,N'-테트라메틸에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 1,1,4,7,7-펜타메틸디에틸렌트리아민, 1,1,4,7,10,10-헥사메틸트리에틸렌테트라민, 트리에톡시트리에틸렌아민 등의 폴리 아민류, 사이클람(cyclam), 사이클렌(cyclen) 등의 환상 폴리아민류, 피리딘, 피롤리딘, 피페리딘, 모르폴린, N-메틸피롤리딘, N-메틸피페리딘, N-메틸모르폴린, 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로피란, 1,4-디옥산, 옥사졸, 티아졸, 옥사티오란 등의 복소환 화합물류, 아세토아세트산메틸, 아세토아세트산에틸, 아세토아세트산-2-메톡시에틸 등의 β-케토에스테르류 또는 아세틸아세톤, 2,4-헥산디온, 2,4-헵탄디온, 3,5-헵탄디온, 디피발로일메탄 등의 β-디케톤류를 들 수 있고, 이들 구핵성 시약의 사용량은 프리커서 전체의 양 1몰에 대하여 0.1몰~10몰의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1~4몰이다.
본 발명의 박막 형성용 원료에는 이것을 구성하는 성분 이외의 불순물 금속 원소분, 불순물 염소 등의 불순물 할로겐분, 및 불순물 유기분이 극력 포함되지 않도록 한다. 불순물 금속 원소분은 원소마다에서는 100ppb 이하가 바람직하고, 10ppb 이하가 보다 바람직하고, 총량에서는 1ppm 이하가 바람직하고, 100ppb 이하가 보다 바람직하다. 특히 LSI의 게이트 절연막, 게이트막, 배리어층으로서 이용할 경우에는, 얻어지는 박막의 전기적 특성에 영향이 있는 알칼리 금속원소, 알칼리 토류 금속원소, 및 동속(同屬) 원소의 함유량을 적게 하는 것이 필요하다. 불순물 할로겐분은 100ppm 이하가 바람직하고, 10ppm 이하가 보다 바람직하고, 1ppm 이하가 더욱 바람직하다. 불순물 유기분은 총량으로 500ppm 이하가 바람직하고, 50ppm 이하가 보다 바람직하고, 10ppm 이하가 더욱 바람직하다. 또한 수분은 화학기상성장용 원료 중에서의 파티클 발생이나, 박막 형성중 파티클 발생의 원인이 되므로, 금속 화합물, 유기 용제 및 구핵성 시약에 대해서는 각각의 수분의 저감을 위해, 사용시에 미리 가능한 한 수분을 제거하는 것이 좋다. 금속 화합물, 유기 용제 및 구핵성 시약 각각의 수분량은 10ppm 이하가 바람직하고, 1ppm 이하가 더욱 바람직하다.
또한 본 발명의 박막 형성용 원료는 형성되는 박막의 파티클 오염을 저감 또는 방지하기 위해, 파티클이 극력 포함되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 액상에서의 광산란식 액중 입자검출기에 의한 파티클 측정시, 0.3㎛보다 큰 입자의 수가 액상 1ml 중에 100개 이하인 것이 바람직하고, 0.2㎛보다 큰 입자의 수가 액상 1ml 중에 1000개 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.2㎛보다 큰 입자의 수가 액상 1ml 중에 100개 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 박막 형성용 원료를 이용해서 박막을 제조하는 본 발명의 박막의 제조방법으로는, 본 발명의 박막 형성용 원료를 기화시킨 증기, 및 필요에 따라서 이용되는 반응성 가스를 기체가 설치된 성막 챔버 내에 도입하고, 이어서 프리커서를 기체 상에서 분해 및/또는 화학반응시켜서 금속을 함유하는 박막을 기체 표면에 성장, 퇴적시키는 CVD법에 따른 것이다. 원료의 수송 공급 방법, 퇴적 방법, 제조 조건, 제조 장치 등에 대해서는 특별히 제한되지 않으며, 주지 일반의 조건, 방법을 이용할 수 있다.
상기의 필요에 따라서 이용되는 반응성 가스로는, 예를 들면, 산화성인 것으로는 산소, 오존, 이산화질소, 일산화질소, 수증기, 과산화수소, 포름산, 아세트산, 무수아세트산 등을 들 수 있고, 환원성인 것으로는 수소를 들 수 있고, 또한 질화물을 제조하는 것으로는 모노알킬아민, 디알킬아민, 트리알킬아민, 알킬렌디아민 등의 유기 아민 화합물, 히드라진, 암모니아 등을 들 수 있고, 이들은 1종류 또는 2종류 이상 사용할 수 있다.
또한 상기의 수송 공급 방법으로는, 상기에 기재된 기체 수송법, 액체 수송법, 싱글 소스법, 칵테일 소스법 등을 들 수 있다.
또한 상기의 퇴적 방법으로는, 원료 가스 또는 원료 가스와 반응성 가스를 열에 의해서만 반응시켜 박막을 퇴적시키는 열 CVD, 열과 플라즈마를 사용하는 플라즈마 CVD, 열과 광을 사용하는 광 CVD, 열, 광 및 플라즈마를 사용하는 광 플라즈마 CVD, CVD의 퇴적 반응을 소과정(elementary process)으로 나눠, 분자 수준으로 단계적으로 퇴적을 실시하는 ALD를 들 수 있다.
상기 기체의 재질로는, 예를 들면 실리콘; 질화 규소, 질화 티탄, 질화 탄탈, 산화 티탄, 질화 티탄, 산화 루테늄, 산화 지르코늄, 산화 하프늄, 산화 란탄 등의 세라믹스; 유리; 금속 루테늄 등의 금속을 들 수 있다. 기체의 형상으로는 판상, 구상, 섬유상, 인편상을 들 수 있으며, 기체 표면은 평면이어도 되고, 트렌치 구조 등의 삼차원 구조로 되어 있어도 된다.
또한 상기의 제조 조건으로는, 반응 온도(기체 온도), 반응 압력, 퇴적 속도 등을 들 수 있다. 반응 온도에 대해서는, 본 발명의 금속 알콕시드 화합물이 충분히 반응하는 온도인 100℃ 이상이 바람직하고 150℃~400℃가 보다 바람직하다. 또한 반응 압력은 열 CVD, 광 CVD의 경우, 대기압~10Pa가 바람직하고, 플라즈마를 사용하는 경우는 2000Pa~10Pa가 바람직하다.
또한 퇴적 속도는 원료의 공급 조건(기화 온도, 기화 압력), 반응 온도, 반응 압력에 의해 컨트롤 할 수 있다. 퇴적 속도는, 크면 얻어지는 박막의 특성이 악화되는 경우가 있고, 작으면 생산성에 문제가 생기는 경우가 있으므로 0.01~100nm/분이 바람직하고, 1~50nm/분이 보다 바람직하다. 또한 ALD법의 경우는 원하는 막두께가 얻어지도록 사이클의 횟수로 컨트롤된다.
상기의 제조 조건으로서 또한 박막 형성용 원료를 기화시켜서 증기로 할 때의 온도나 압력을 들 수 있다. 박막 형성용 원료를 기화시켜서 증기로 하는 공정은 원료용기 내에서 실시해도 되고, 기화실 내에서 실시해도 된다. 어느 경우이든 본 발명의 박막 형성용 원료는 0~150℃로 증발시키는 것이 바람직하다. 또한 원료용기 내 또는 기화실 내에서 박막 형성용 원료를 기화시켜서 증기로 할 경우에 원료용기 내의 압력 및 기화실 내의 압력은 모두 1~10000Pa인 것이 바람직하다.
본 발명의 박막의 제조방법은 ALD법을 채용하고, 상기의 수송 공급 방법에 의해, 박막 형성용 원료를 기화시켜서 증기로 하고, 상기 증기를 성막 챔버 내에 도입하는 원료도입 공정 외에, 상기 증기 중의 상기 금속 알콕시드 화합물에 의해 상기 기체의 표면에 전구체 박막을 형성하는 전구체 박막 성막 공정, 미반응의 금속 알콕시드 화합물 가스를 배기하는 배기 공정, 및 상기 전구체 박막을 반응성 가스와 화학반응시켜서, 상기 기체의 표면에 상기 금속을 함유하는 박막을 형성하는 금속함유 박막 형성 공정을 가지고 있어도 된다.
이하에서는 상기의 각 공정에 대해, 금속 산화물 박막을 형성하는 경우를 예로 들어 자세하게 설명한다. 금속 산화물 박막을 ALD법으로 형성할 경우에는 먼저, 상기에서 설명한 원료도입 공정을 실시한다. 박막 형성용 원료를 증기로 할 때의 바람직한 온도나 압력은 상기에서 설명한 것과 동일하다. 다음으로, 퇴적 반응부에 도입한 금속 알콕시드 화합물에 의해, 기체 표면에 전구체 박막을 성막시킨다(전구체 박막 성막 공정). 이 때, 기체를 가열하거나 퇴적 반응부를 가열하여 열을 가해도 된다. 이 공정에서 성막되는 전구체 박막은 금속 산화물 박막, 또는 금속 알콕시드 화합물의 일부가 분해 및/또는 반응해서 생성된 박막이며, 목적으로 하는 금속 산화물 박막과는 다른 조성을 가진다. 본 공정이 실시될 때의 기체 온도는 실온~500℃가 바람직하고, 150~350℃가 보다 바람직하다. 본 공정이 실시될 때의 계(성막 챔버 내)의 압력은 1~10000Pa가 바람직하고, 10~1000Pa가 보다 바람직하다.
다음으로, 퇴적 반응부에서, 미반응의 금속 알콕시드 화합물 가스나 부수 생성된 가스를 배기한다(배기 공정). 미반응의 금속 알콕시드 화합물 가스나 부수 생성된 가스는 퇴적 반응부에서 완전히 배기되는 것이 이상적이지만, 반드시 완전히 배기될 필요는 없다. 배기 방법으로는, 질소, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스에 의해 계 내를 퍼지하는 방법, 계 내를 감압함으로써 배기하는 방법, 이들을 조합한 방법 등을 들 수 있다. 감압할 경우의 감압도는 0.01~300Pa가 바람직하고, 0.01~100Pa가 보다 바람직하다.
다음으로, 퇴적 반응부에 산화성 가스를 도입하고, 상기 산화성 가스 또는 산화성 가스 및 열의 작용에 의해, 앞선 전구체 박막 성막 공정에서 얻은 전구체 박막으로 금속 산화물 박막을 형성한다(금속 산화물함유 박막 형성 공정). 본 공정에서 열을 작용시킬 경우의 온도는 실온~500℃가 바람직하고, 150~350℃가 보다 바람직하다. 본 공정이 실시될 때의 계(성막 챔버 내)의 압력은 1~10000Pa가 바람직하고, 10~1000Pa가 보다 바람직하다. 본 발명의 금속 알콕시드 화합물은 산화성 가스와의 반응성이 양호해, 금속 산화물 박막을 얻을 수 있다.
본 발명의 박막의 제조방법에 있어서, 상기와 같이 ALD법을 채용했을 경우, 상기의 원료도입 공정, 전구체 박막 성막 공정, 배기 공정 및 금속 산화물함유 박막 형성 공정으로 이루어지는 일련의 조작에 의한 박막 퇴적을 1사이클로 하고, 이 사이클을 필요한 막두께의 박막이 얻어질 때까지 복수회 반복해도 된다. 이 경우, 1사이클 실시한 후, 상기 배기 공정과 마찬가지로 해서, 퇴적 반응부에서 미반응의 금속 알콕시드 화합물 가스 및 반응성 가스(금속 산화물 박막을 형성할 경우는 산화성 가스), 또한 부수 생성된 가스를 배기한 후, 다음 1사이클을 실시하는 것이 바람직하다.
또한 금속 산화물 박막의 ALD법에 의한 형성에서는 플라즈마, 광, 전압 등의 에너지를 인가해도 되고, 촉매를 이용해도 된다. 상기 에너지를 인가하는 시기 및 촉매를 이용하는 시기는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 원료도입 공정에서의 금속 알콕시드 화합물 가스 도입시, 전구체 박막 성막 공정 또는 금속 산화물함유 박막 형성 공정에서의 가온시, 배기 공정에서의 계 내 배기시, 금속 산화물함유 박막 형성 공정에서의 산화성 가스 도입시여도 되고, 상기의 각 공정 사이여도 된다.
또한 본 발명의 박막의 제조방법에 있어서는, 박막 퇴적 후에, 보다 양호한 전기특성을 얻기 위해 불활성 분위기하, 산화성 분위기하 또는 환원성 분위기하에서 아닐링 처리를 해도 되고, 단차를 메울 필요가 있을 경우에는 리플로우 공정을 마련해도 된다. 이 경우의 온도는 200~1000℃이며, 250~500℃가 바람직하다.
본 발명의 박막 형성용 원료를 이용해서 박막을 제조하는 장치는 주지인 화학기상성장법용 장치를 이용할 수 있다. 구체적인 장치의 예로는, 도 1과 같은 프리커서를 버블링 공급할 수 있는 장치나, 도 2와 같이 기화실을 가지는 장치를 들 수 있다. 또한 도 3, 도 4와 같이 반응성 가스에 대하여 플라즈마 처리를 실시할 수 있는 장치를 들 수 있다. 도 1, 도 2, 도 3, 도 4와 같은 매엽식 장치에 한하지 않고, 배치로(batch furnace)를 이용한 다수장 동시 처리 가능한 장치를 이용할 수도 있다.
본 발명의 박막 형성용 원료를 이용해서 제조되는 박막은 다른 프리커서, 반응성 가스 및 제조 조건을 적절히 선택함으로써, 메탈, 산화물 세라믹스, 질화물 세라믹스, 유리 등의 원하는 종류의 박막으로 할 수 있다. 상기 박막은 전기특성 및 광학특성 등을 나타내는 것이 알려져 있어 다양한 용도로 응용되고 있다. 예를 들면, 구리 및 구리함유 박막은 높은 도전성, 높은 일렉트로 마이그레이션 내성, 고융점이라는 특성으로 인해 LSI의 배선 재료로서 응용되고 있다. 또한 니켈 및 니켈함유 박막은 주로 저항막, 배리어막 등의 전자부품의 부재나, 자성막 등의 기록 미디어용 부재나, 전극 등의 박막 태양전지용 부재 등에 이용되고 있다. 또한 코발트 및 코발트함유 박막은 전극막, 저항막, 접착막, 자기 테이프, 초경 공구부재 등에 이용되고 있다.
본 발명의 알코올 화합물은 상기 일반식(II)로 표시되는 것이며, CVD법 등의 기화 공정을 가지는 박막 제조방법의 프리커서로서 바람직한 화합물의 배위자로서 특히 적합한 화합물이다.
상기 일반식(II)에서, R4는 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R5는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. R6으로 표시되는 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기를 들 수 있다. 단, R5가 수소원자일 경우, R4는 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 또한 R5가 메틸기이고, R4가 메틸기일 경우, R6은 탄소수 3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 또한 R5가 메틸기이고, R4가 에틸기일 경우, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다.
본 발명의 알코올 화합물은 광학 이성체를 가질 경우도 있지만, 그 광학 이성에 의해 구별되는 것은 아니다.
본 발명의 알코올 화합물의 구체예로는 하기 화합물 No.65~78을 들 수 있다.
Figure pct00014
Figure pct00015
본 발명의 알코올 화합물은 그 제조방법에 의해 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 알킬렌옥시드 화합물, 물 및 알킬아민 화합물을 적절한 조건하에서 반응시켜, 적절한 용매로 추출하고, 탈수 처리함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 알코올 화합물은 박막 형성용 원료 등에 이용되는 금속 화합물의 배위자로서 이용할 수 있고, 특히 일반식(II)의 R5가 수소인 알코올 화합물은 금속구리 박막 형성용 원료로서 매우 유용한 구리 화합물의 배위자로서 이용된다. 또한 본 발명의 알코올 화합물은 용매, 향료, 농약, 의약, 각종 폴리머 등의 합성 원료 등의 용도에도 이용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예, 제조예, 비교예 및 평가예를 가지고 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하의 실시예 등에 의해 전혀 제한되지 않는다.
실시예 1~7은 본 발명의 금속 알콕시드 화합물의 원료로서 이용하는 본 발명의 알코올 화합물의 제조예이고, 제조예 1은 본 발명의 금속 알콕시드 화합물의 원료로서 이용하는 알코올 화합물의 제조예이고, 실시예 8~18은 본 발명의 금속 알콕시드 화합물의 제조예이다.
실시예 19 및 20은 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(구리 화합물)을 이용한 금속구리 또는 산화구리 박막의 제조예이고, 비교예 1은 비교의 금속 알콕시드 화합물(구리 화합물)을 이용한 금속구리 박막의 제조예이다.
평가예 1에서는 실시예 8~12에서 제조한 본 발명의 금속 알콕시드 화합물 및 이들과 구조가 유사한 비교 화합물의 물성(열 안정성)을 평가하였다.
평가예 2에서는 실시예 13~15 및 17에서 제조한 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(구리 화합물) 및 이들과 구조가 유사한 비교 화합물의 물성(열 안정성)을 평가하였다.
평가예 3에서는 실시예 20 및 비교예 1에서 제조한 금속구리 박막의 물성을 평가하였다.
[실시예 1] 본 발명의 알코올 화합물(화합물 No.65)의 제조
반응 플라스크에 디에틸에테르 100mL 및 1-메톡시2-메틸프로필렌옥시드 45.5g을 첨가하고, 빙냉욕(ice-cooled bath)에서 교반하여 0℃ 부근까지 냉각하였다. 또한 물 50.0g을 30분에 걸쳐 천천히 적하하고 15분 교반하였다. 그 후, 40% 메틸아민 수용액 45.0g을 빙냉하에서 30분에 걸쳐 천천히 적하하여 30분 교반하고, 실온으로 되돌려서 약 20시간 반응시켰다. 그 후, 디에틸에테르 300mL로 추출하고, 얻어진 유기층을 황산 마그네슘 및 몰레큘러시브(molecular sieve) 4A로 탈수 처리하였다. 얻어진 화합물의 분자량을 가스 크로마토그래프 질량분석계(이하, GC-MS로 약기하기도 함)로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 원소 분석을 하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다. 이러한 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.65인 것이 확인되었다. 한편, 화합물의 수율은 45%였다.
(분석값)
(1) GC-MS m/z: 101(M+)
(2) 원소분석 C: 59.0질량%, H: 11.5질량%, O: 15.2질량%, N: 14.3질량%(이론값; C: 59.4%, H: 10.9%, O: 15.8%, N: 13.9%)
[실시예 2] 본 발명의 알코올 화합물(화합물 No.66)의 제조
반응 플라스크에 1,1-디메톡시-2-메틸부탄-2-올 20.0g을 첨가하고, 상기 반응 플라스크에 물 20g 및 36% 염산 0.8mL를 혼합한 용액을, 실온하에서 30분에 걸쳐 천천히 적하하고 약 60시간 교반하였다. 그 후, 40% 메틸아민 수용액 31.4g을 빙냉하에서 30분에 걸쳐 천천히 적하한 후, 실온으로 되돌려서 3시간 반응시켰다. 그 후, 톨루엔 80mL로 추출을 실시하고, 얻어진 유기층을 황산 마그네슘 및 몰레큘러시브 4A로 탈수 처리하였다. 얻어진 화합물의 분자량을 GC-MS로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 원소 분석을 하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다. 이러한 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.66인 것이 확인되었다. 한편, 화합물의 수율은 54%였다.
(분석값)
(1) GC-MS m/z: 115(M+)
(2) 원소분석 C: 63.0질량%, H: 10.8질량%, O: 13.5질량%, N: 12.6질량%(이론값; C: 62.6%, H: 11.3%, O: 13.9%, N: 12.2%)
[실시예 3] 본 발명의 알코올 화합물(화합물 No.67)의 제조
반응 플라스크에 디에틸에테르 30g과 물 2.5g을 첨가하고, 빙냉욕에서 교반하여 0℃ 부근까지 냉각하였다. 상기 반응 플라스크에 1-메톡시2-메틸프로필렌옥시드 2.5g을 5분에 걸쳐 천천히 적하하고 15분 교반하였다. 계속해서 33% 에틸아민 수용액 4.4g을 빙냉하 10분에 걸쳐 천천히 적하하여 30분 교반한 후, 실온으로 되돌려서 약 20시간 반응시켰다. 그 후, 디에틸에테르 50mL로 추출을 실시하고, 얻어진 유기층을 황산 마그네슘 및 몰레큘러시브 4A로 탈수 처리하였다. 얻어진 화합물의 분자량을 GC-MS로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 원소 분석을 실시하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다. 이러한 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.67인 것이 확인되었다. 한편, 화합물의 수율은 52%였다.
(분석값)
(1) GC-MS m/z: 115(M+)
(2) 원소분석 C: 62.9질량%, H: 11.0질량%, O: 14.6질량%, N: 11.9질량%(이론값; C: 62.6%, H: 11.3%, O: 13.9%, N: 12.2%)
[실시예 4] 본 발명의 알코올 화합물(화합물 No.71)의 제조
반응 플라스크에 디에틸에테르 30g과 물 2.5g의 혼합액을 빙냉하에서 교반하여, 액체 온도를 10℃까지 냉각하였다. 상기 반응 플라스크에 1-메톡시-2-메틸프로필렌옥시드 2.5g을 동 온도로 적하해서 30분 교반하였다. 다음으로, 이소프로필아민을 빙냉하 동 온도로 적하해서 30분 교반하였다. 그 후, 실온으로 되돌려서 8시간 교반하였다. 황산 마그네슘을 적량 첨가하여 용액 중의 물을 흡착시켜서, 여과 분별하였다. 여과액에 충분히 건조시킨 몰레큘러시브 4A를 첨가하여 완전히 탈수하였다. 얻어진 화합물의 분자량을 GC-MS로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 원소 분석을 하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다. 이러한 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.71인 것이 확인되었다. 한편, 화합물의 수율은 51%였다.
(분석값)
(1) GC-MS m/z: 129(M+)
(2) 원소분석 C: 64.8질량%, H: 11.3질량%, O: 12.9질량%, N: 11.2질량%(이론값; C: 65.1%, H: 11.6%, O: 12.4%, N: 10.9%)
[실시예 5] 본 발명의 알코올 화합물(화합물 No.74)의 제조
반응 플라스크에 3-하이드록시-3-메틸-2-부타논 27.1g, 메탄올 33.1g 및 몰레큘러시브 4A를 첨가하여 실온하에서 교반하였다. 상기 반응 플라스크에, 이소프로필아민 23.2g을 실온하에서 천천히 적하하였다. 적하 종료 후, 실온하에서 6시간 교반하였다. 계속해서, 교반 정지하고 몰레큘러시브 4A를 7.93g 첨가하여, 실온하에서 15시간 정지하였다. 그 후, 여과를 실시하고 여과액을 분별하였다. 분별한 여과액으로부터 메탄올을 증류 제거하였다. 액체 잔사를 압력 3.8kPa, 유분(留分;fraction) 온도 62℃로 감압 증류하였다. 얻어진 화합물의 수량은 10.4g이고, 수율은 27%였다. 얻어진 화합물의 분자량을 GC-MS로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 1H-NMR을 측정하여 원소 분석을 하였다. 이 분석값들을 하기 (1), (2) 및 (3)에 나타낸다. 이러한 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.74인 것이 확인되었다.
(분석값)
(1) 1H-NMR(용매: 중벤젠)(케미칼 시프트:다중도:H수)
(5.996:t:1)(3.332:m:1)(1.329:t:3)(1.232:s:6)(0.967:d:6)
(2) GC-MS m/z: 144(M+)
(3)원소분석 C: 67.6질량%, H: 12.3질량%, O: 10.8질량%, N: 9.5질량%(이론값; C: 67.1%, H: 11.9%, O: 11.2%, N: 9.8%)
[실시예 6] 본 발명의 알코올 화합물(화합물 No.68)의 제조
반응 플라스크에, 에틸마그네슘브로미드의 테트라하이드로푸란 용액(7.4%, 440g)을 첨가하고, 빙냉욕에서 교반하여 0℃ 부근까지 냉각하였다. 이 용액에 피루빈 알데히드 디메틸아세탈(30g)을 30분에 걸쳐 적하하여 그리나르 반응(Grignard reaction)을 하였다. 그 후 실온으로 되돌려서 12시간 반응을 행하였다. 반응액을 빙냉하고, 17% 염화암모늄 수용액 300g을 적하하여 퀀칭(quenching)하고, 용액을 분액 깔때기에 옮겨서 유기물을 분액하고, 적량의 황산 마그네슘으로 탈수하였다. 이 유기층을 여과한 후, 감압하에 오일욕 80℃ 부근에서 탈용매를 실시하였다. 오일욕 85℃ 부근 감압하에서 증류를 실시하고, 탑꼭대기 온도 49℃에서 무색 투명한 1,1-디메톡시-2-메틸부탄-2-올 20g을 얻었다. 이 1,1-디메톡시메틸부탄-2-올 20g에 순수 40g과 36% 염산 2.5g을 빙냉하에서 첨가하고, 밤새 교반하였다. 그 후, 33% 에틸아민 수용액 74g을 빙냉하에서 적하하고 10시간 반응시켰다. 이 때의 반응액의 pH는 10~11이었다. 수용액에 녹아 있는 목적물을 회수하기 위해 톨루엔 150g을 반응액에 첨가하여 분액 깔때기로 유기층을 추출·분액하고, 황산 마그네슘으로 탈수·여과한 후, 감압하에서 오일욕 90℃에서 탈(脫)톨루엔을 실시하였다. 얻어진 화합물의 수량은 7.9g이고, 수율은 45%였다. 얻어진 화합물의 분자량을 GC-MS로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 1H-NMR을 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다. 이러한 결과들로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.68인 것을 확인하였다.
(분석값)
(1) GC-MS m/z: 129(M+)
(2) 1NMR(용매: 중벤젠)(케미칼 시프트:다중도:H수)
(7.116:s:1)(4.413:s:1)(3.153~3.193:m:2)(1.501~1.573:m:1)(1.347~1.419:m:1)(1.152:s:3)(0.981~1.017:t:3)(0.837~0.875:t:3)
[실시예 7] 본 발명의 알코올 화합물(화합물 No.76)의 제조
반응 플라스크에, 에틸마그네슘브로미드의 디에틸에테르 용액(39%, 16g)을 첨가하고, 빙냉욕에서 교반하여 0℃ 부근까지 냉각하였다. 이 용액에 3,3-디메톡시-2-부타논(6.19g)을 1시간에 걸쳐 적하하고 그리나르 반응을 하였다. 그 후 실온으로 되돌려서 12시간 반응하였다. 반응액을 빙냉하고, 20% 염화암모늄 수용액 75g을 적하한 후, 36% 염산용액 3mL를 적하하여 밤새 교반하였다. 유기층만 분액·회수한 후, 이것에 33% 에틸아민 수용액 18.5g을 빙냉하에서 적하하고, 20시간 반응시켰다. 이 때의 반응액의 pH는 10~11이었다. 반응액에 황산 마그네슘을 첨가하여 탈수·여과하고, 감압하에서 오일욕 60℃로 탈용매를 실시하였다. 증류는 오일욕 80℃, 압력 300Pa로 실시하였다. 얻어진 화합물은 무색 투명 액체이며, 수량은 2.3g이고 수율은 34%였다. 얻어진 화합물의 분자량을 GC-MS로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 1H-NMR을 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다. 이러한 결과들로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.76인 것을 확인하였다.
(분석값)
(1) GC-MS m/z: 143.23(M+)
(2) 1NMR(용매: 중벤젠)(케미칼 시프트:다중도:H수)
(5.85:s:1)(2.948~3.003:q:2)(1.602~1.692:m:1)(1.379~1.475:m:1)(1.254:s:3)(1.223:s:3)(1.040~1.077:t:3)(0.826~0.863:t:3)
[제조예 1] 알코올 화합물 1의 제조
반응 플라스크 중에서 메틸아민의 테트라하이드로푸란 용액(2M, 200mL)을 빙냉하고, 3-하이드록시-3-메틸-2-부타논 24g을 적하하여 액체 온도 10℃ 전후에서 반응시켰다. 그 후, 실온으로 되돌려서 8시간 교반하였다. 황산 마그네슘을 적량 첨가하여 용액 중의 물을 흡착시켜서 여과 분별하였다. 여과액에 충분히 건조시킨 몰레큘러시브 4A를 첨가하여 완전히 탈수하였다. 얻어진 화합물의 분자량을 GC-MS로 측정하였다. 또한 얻어진 화합물의 원소 분석을 하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다. 이러한 결과들로부터, 얻어진 화합물이 하기 알코올 화합물 1인 것이 확인되었다. 한편, 화합물의 수율은 49%였다.
(분석값)
(1) GC-MS m/z: 115(M+)
(2) 원소분석 C: 61.7질량%, H: 11.3질량%, O: 13.9질량%, N: 12.2질량%(이론값; C: 62.6%, H: 11.3%, O: 13.9%, N: 12.2%)
Figure pct00016
[실시예 8] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.25)의 제조
반응 플라스크에 구리(II)메톡시드 1.2g과 탈수 처리한 톨루엔 20g을 첨가하여 현탁액으로 하고, 제조예 1에서 얻어진 알코올 화합물 1의 15%wt.% 테트라하이드로푸란 용액 18g을 실온 아르곤 가스 분위기하에서 적하하였다. 1시간 교반 후에 용액은 서서히 보라색을 나타냈고, 그대로 10시간 실온에서 교반하였다. 오일욕 온도 85℃로 테트라하이드로푸란을 증류 제거하고, 이어서 오일욕 온도 120℃, 미(微)감압하에서 톨루엔 등의 용매를 증류 제거하였다. 얻어진 보라색 고체를 110℃, 40Pa로 승화하여 목적물을 얻었다. 얻어진 화합물은 융점 195℃의 고체였다. 화합물의 수율은 50%였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 5]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타낸다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.25인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이러한 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 205℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 154℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 9] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.41)의 제조
반응 플라스크에 헥사암민니켈(II)염화물을 6.01g, 테트라하이드로푸란 39.00g을 첨가하고 실온하에서 교반하였다. 그 안에, 나트륨과 제조예 1에서 얻어진 알코올 화합물 1을 반응시킴으로써 얻은 나트륨알콕시드 7.30g을 테트라하이드로푸란 24g 중에 현탁시킨 용액을 실온하에서 적하하였다. 적하 종료 후, 실온하에서 2시간 교반하고, 계속해서 7시간 환류하였다. 그 후, 실온에서 방냉(放冷)하여 15시간 교반하고, 여과를 실시하였다. 얻어진 여과액으로부터 테트라하이드로푸란을 제거하고, 잔사로서 녹색 고체를 얻었다. 그 고체를 100Pa, 120℃의 조건하에서 승화시켰다. 얻어진 화합물의 수량은 0.98g이고, 수율은 13%였다. 또한 얻어진 화합물은 융점 212℃의 녹색 고체였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 6]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타낸다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.41인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 1H-NMR 및 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1), (2) 및 (3)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 1H-NMR(용매: 중벤젠)(케미칼 시프트:다중도:H수)
(2.425:s:6)(1.246:s:12)(0.955:s:6)
(2) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 218℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(3) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 160℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 10] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.47)의 제조
반응 플라스크에 헥사암민니켈(II)염화물을 5.08g 및 테트라하이드로푸란 15g을 투입하고 실온하에서 교반하였다. 그 안에, 나트륨과 실시예 5에서 얻어진 화합물 No.74를 반응시킴으로써 얻은 나트륨알콕시드 7.10g을 테트라하이드로푸란 17g 중에 현탁시킨 용액을 실온하에서 적하하였다. 적하 종료 후, 실온하에서 20분간 교반하고, 계속해서 5시간 환류하였다. 그 후, 실온에서 방냉하여 15시간 교반하고, 여과를 실시하였다. 얻어진 여과액으로부터 테트라하이드로푸란을 제거하고, 잔사로서 녹색 고체를 얻었다. 그 고체를 100Pa, 100℃의 조건하에서 승화시켰다. 얻어진 화합물의 수량은 4.87g이고, 수율은 65%였다. 얻어진 화합물은 흑갈색 고체로, 융점 155℃였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 7]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타낸다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.47인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 1H-NMR 및 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1), (2) 및 (3)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 1H-NMR(용매: 중벤젠)(케미칼 시프트:다중도:H수)
(3.774:sept:2)(1.444:d:12)(1.184:s:12)(1.060:s:6)
(2) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 203℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(3) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 140℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 11] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.57)의 제조
반응 플라스크에 염화 코발트(II)를 3.50g, 테트라하이드로푸란을 20g 투입하고 실온하에서 교반하였다. 그 안에, 나트륨과 제조예 1에서 얻어진 알코올 화합물 1을 반응시킴으로써 얻은 나트륨알콕시드 7.11g을 테트라하이드로푸란 10g 중에 현탁시킨 용액을 실온하에서 적하하였다. 적하 종료 후, 실온하에서 23시간 교반하고, 여과를 실시하였다. 얻어진 여과액으로부터 테트라하이드로푸란을 제거하고, 잔사로서 짙은 갈색 고체를 얻었다. 그 고체를 80Pa, 145℃의 조건하에서 승화시켰다. 얻어진 화합물의 수량은 0.91g이고, 수율은 13%였다. 얻어진 화합물은 귤색 고체로 융점 220℃였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 8]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타냈다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.57인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 219℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 166℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 12] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.63)의 제조
200ml의 4구 플라스크에 염화 코발트(II)를 2.79g, 테트라하이드로푸란 22g을 투입하고 실온하에서 교반하였다. 그 안에, 나트륨과 실시예 5에서 얻어진 화합물 No.74를 반응시킴으로써 얻은 나트륨알콕시드 6.46g을 테트라하이드로푸란 10g 중에 현탁시킨 용액을 실온하에서 적하하였다. 적하 종료 후, 실온하에서 22시간 교반하고 여과를 실시하였다. 얻어진 여과액으로부터 테트라하이드로푸란을 제거하고, 잔사로서 녹색 고체를 얻었다. 그 고체를 80Pa, 100℃의 조건하에서 승화하였다. 얻어진 화합물의 수량은 2.24g이고, 수율은 34%였다. 얻어진 화합물은 녹색 고체로 융점 145℃였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 9]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타냈다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.63인 것이 확인되었다. 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 227℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 149℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[평가예 1] 알콕시드 화합물의 물성평가
실시예 8~12에서 얻어진 본 발명의 화합물 No.25, 41, 47, 57, 63과 비교 화합물 1, 2 및 3에 대해, TG-DTA 측정장치를 이용해서, 감압 분위기하(10torr)에서의 가열에 의해 샘플 중량이 50질량% 감소한 시점의 온도(이하, TG50% 감소시 온도로 약기하기도 함)를 확인하였다. 또한 DSC 측정장치를 이용해서 열분해가 발생하는 온도를 측정함으로써, 각 화합물의 열안정성을 확인하였다. 결과를 [표 1]에 나타낸다.
Figure pct00017
Figure pct00018
[표 1]의 결과로부터, 화합물 No.25와 유사한 구조를 가지는 3급 아미노알콕시드구리 화합물인 비교 화합물 1을 비교하면, 화합물 No.25는 TG50% 감소시 온도가 낮고, 열분해 온도가 높은 것을 알 수 있었다. 화합물 No.41, 47과 유사한 구조를 가지는 3급 아미노알콕시드니켈 화합물인 비교 화합물 2를 비교하면, TG50% 감소시 온도는 비교 화합물 2쪽이 약간 낮긴 하지만, 화합물 No.41, 47은 열분해 온도가 300℃를 크게 넘고 있어, 대폭 향상되어 있음을 알 수 있었다. 화합물 No.57, 63과 유사한 구조를 가지는 3급 아미노알콕시드코발트 화합물인 비교 화합물 3을 비교하면, TG50% 감소시 온도에 큰 차이는 없지만, 화합물 No.57, 63은 열분해 온도가 대폭 향상되어 있음을 알 수 있었다. 이상으로부터, 본원발명의 화합물은 증기압이 종래품과 동등하거나 또는 높고, 또한 열분해 온도가 높기 때문에, CVD법용 원료로서 특히 바람직한 화합물임을 알 수 있었다.
[실시예 13] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.17)의 제조
아르곤 가스 분위기하, 구리(II)메톡시드 7.45g에 실시예 1에서 얻어진 화합물 No.65와 디에틸에테르 400mL의 혼합 용액을 빙냉하에 천천히 적하하였다. 그 후, 실온으로 되돌려서 약 17시간 반응시켰다. 그 후, 디에틸에테르를 배스(bath) 58℃ 상압하에서 증류 제거하여, 짙은 보라색 결정을 얻은 후, 헥산 350mL를 첨가하고, 배스 56℃로 가열해서 결정을 용해시켰다. 얻어진 용액을 0.2㎛ 멤브레인 필터로 열 여과하고, 재결정함으로써 짙은 보라색 결정을 얻었다. 이 정제에 의한 회수율은 37%였다. 얻어진 화합물은 융점 165℃의 고체였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 10]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타낸다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.17인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 173℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 121℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 14] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.18)의 제조
아르곤 가스 분위기하, 구리(II)메톡시드 1.60g에 실시예 2에서 얻어진 화합물 No.66과 톨루엔 80mL의 혼합 용액을 빙냉하에 천천히 적하하였다. 그 후, 실온으로 되돌려서 약 20시간 반응시킨 후, 톨루엔을 감압하, 배스 94℃로 증류 제거하여, 짙은 보라색 결정을 얻었다. 그 고체를, 감압하, 83℃로 글래스 튜브 오븐으로 승화함으로써 보라색 결정을 얻었다. 얻어진 화합물은 융점 103℃의 고체였다. 얻어진 화합물의 수율은 43%였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 11]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타냈다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.18인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 169℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 116℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 15] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.19)의 제조
아르곤 가스 분위기하, 구리(II)메톡시드 0.65g과 헥산 30mL의 혼합 용액에 실시예 3에서 얻어진 화합물 No.67과 디에틸에테르 50mL의 혼합 용액을 빙냉하에 천천히 적하하였다. 그 후, 실온으로 되돌려서 약 16시간 반응시킨 후, 디에틸에테르를 배스 70℃ 상압하에서 증류 제거하여, 짙은 보라색 결정을 얻었다. 그 고체를, 감압하, 83℃로 글래스 튜브 오븐으로 승화함으로써 보라색 결정을 얻었다. 얻어진 화합물의 수율은 38%였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 12]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타냈다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.19인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 170℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 116℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 16] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.20)의 제조
아르곤 가스 분위기하, 구리(II)메톡시드 0.786g에, 실시예 6에서 얻어진 화합물 No.68의 4.24wt.% 톨루엔 용액 42g을 적하하였다. 곧 용해되어 보라색을 나타냈으며, 그대로 실온하에서 17시간 교반하였다. 오일욕 온도 70℃, 미감압하에서 톨루엔을 증류 제거하고, 이어서 오일욕 온도 90℃, 감압하에서 잔류하는 톨루엔을 완전히 증류 제거하였다. 얻어진 보라색 고체를 100℃, 40Pa로 증류하여 목적물을 얻었다. 얻어진 화합물은 융점 58℃의 고체였다. 화합물의 수율은 48%였다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 13]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조를 나타낸다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.20인 것을 확인하였다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA 측정 및 DSC 측정을 하였다. 이 분석값들을 하기 (1), (2) 및 (3)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 174℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온 10℃/min.)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 108℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온 10℃/min.)
(3) DSC 열분해 발생 온도
168℃
[실시예 17] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.23)의 제조
100mL의 3구 플라스크에, 구리(II)메톡시드 1.2g과 탈수 처리한 헥산 20g의 현탁액에, 실시예 4에서 얻어진 화합물 No.71의 15% 15wt.% 에테르 용액 20g을 실온 아르곤 가스 분위기하에서 적하하였다. 1시간 교반 후에 용액은 서서히 보라색을 나타냈으며, 그대로 10시간 실온에서 교반하였다. 배스 50~60℃로 에테르를 증류 제거하고, 이어서 배스 110℃로 헥산 등의 용매를 증류 제거하였다. 잔사를 110℃, 40Pa로 승화하였다. 얻어진 화합물은 융점 185℃의 고체였다. 수율은 40%였다. 얻어진 화합물은 자연 발화성이 없는 화합물이었다. 얻어진 화합물에 대해, 단결정 X선 구조해석을 하였다. [도 14]에 단결정 X선 구조해석에 의해 얻어진 분자 구조도를 나타냈다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.23인 것이 확인되었다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA를 측정하였다. 이 분석값들을 하기 (1) 및 (2)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 184℃(Ar 유량: 100ml/min, 승온: 10℃/min)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 131℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min, 승온: 10℃/min)
[실시예 18] 본 발명의 금속 알콕시드 화합물(화합물 No.60)의 제조
반응 플라스크에, 코발트-비스-트리메틸실릴아미드 1.15g과 탈수 톨루엔 20g을 첨가하고 충분히 혼합시켰다. 이 용액을 빙냉하여 2-에틸이미노-3-메틸펜탄-3-올 1.05g을 5분간에 걸쳐 적하하였다. 용액은 진한 청색에서 다갈색으로 변화되었다. 적하 종료 후, 실온에서 밤새 교반시켰다. 그 후, 감압하에 오일욕 100℃로 탈용매를 실시하고, 생성된 코발트 착체(다갈색 고체)를 충분히 건조시켰다. 이 코발트 착체를 50ml 플라스크에 넣어 승화 정제 장치에 접속하였다. 오일욕 100~110℃, 40Pa로 승화 정제를 실시하여 적갈색 결정 0.50g을 얻었다. 화합물의 수율은 53%였다. 얻어진 고체의 융점은 104℃였다. [도 15]에 단결정 X선 구조해석의 결과를 나타낸다. 이 결과로부터, 얻어진 화합물이 화합물 No.60인 것을 확인하였다. 또한 얻어진 화합물에 대해, 상압 또는 감압하에서 TG-DTA 측정 및 DSC 측정을 하였다. 이 분석값들을 하기 (1), (2) 및 (3)에 나타낸다.
(분석값)
(1) 상압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 211.9℃(Ar 유량: 100ml/min., 승온 10℃/min.)
(2) 감압 TG-DTA
질량 50% 감소 온도: 128.8℃(압력 10Torr, Ar 유량: 50ml/min., 승온 10℃/min.)
(3) DSC 열분해 발생 온도
315℃
[평가예 2] 알콕시드 화합물의 물성평가
실시예 13~15 및 17에서 얻어진 본 발명의 알콕시드구리 화합물인 화합물 No.17, 18, 19, 23 및 상기의 비교 화합물 1에 대해, TG-DTA 측정장치를 이용해서, 감압 분위기하(10torr)에서의 가열에 의해 샘플 중량이 50질량% 감소된 시점의 온도를 확인하였다. 또한 DSC 측정장치를 이용해서 열분해가 발생하는 온도를 측정함으로써, 각 화합물의 열안정성을 확인하였다. 결과를 [표 2]에 나타낸다.
Figure pct00019
[표 2]의 결과로부터, 화합물 No.17~No.19 및 No.23(평가예 2-1~2-4)과 유사한 구조를 가지는 비교 화합물 1(비교 평가예 2)을 비교하면, 화합물 No.17~No.19 및 No.23은 비교 화합물 1에 비해, TG50% 감소시 온도가 대폭 내려가 있음을 알 수 있었다. 또한 화합물 No.17~No.19 및 No.23의 열분해 발생 온도가 200℃ 미만인 데 반해, 비교 화합물 1의 열분해 발생 온도는 200℃ 이상인 것을 알 수 있었다.
이상으로부터, 본 발명의 구리 화합물은 CVD법에 의한 금속구리 박막용 원료로서 특히 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
[실시예 19] 산화구리 박막의 제조
상기 실시예 14에서 얻은 본 발명의 구리 화합물(화합물 No.18)을 화학기상성장용 원료로 하고, 도 3에 나타내는 장치를 이용해서 아래 조건의 CVD법에 의해, 실리콘 웨이퍼 기판상에 산화구리 박막을 제조하였다. 얻어진 박막에 대해, X선 반사율법에 의한 막두께 측정, X선 회절법 및 X선 광전자분광법에 의한 박막구조 및 박막조성을 확인한 결과, 막두께는 120nm이고, 막조성은 산화구리였다.
(조건) 기화실 온도: 50℃, 반응 압력: 100Pa, 반응 시간: 60분, 기판 온도: 150℃, 캐리어 가스(Ar): 100ml/min, 산화 가스(산소): 200ml/min
[실시예 20] 금속구리 박막의 제조
상기 실시예 17에서 얻은 본 발명의 구리 화합물(화합물 No.23)을 화학기상성장용 원료로 하고, 도 3에 나타내는 장치를 이용해서 아래 조건의 열 CVD법에 의해, 실리콘 웨이퍼 기판상에 금속구리 박막을 제조하였다. 얻어진 박막에 대해, X선 반사율법에 의한 막두께 측정, X선 회절법 및 X선 광전자분광법에 의한 박막구조 및 박막조성을 확인한 결과, 막두께는 100nm이고, 막조성은 금속구리였다.
(조건) 원료 온도: 50℃, 반응계 압력: 100Pa, 반응 시간: 60분, 기판 온도: 185℃, 캐리어 가스(Ar): 100ml/min, 반응 가스 없음
[비교예 1] 비교의 금속구리 박막의 제조
비교 화합물 1을 화학기상성장용 원료로 하고, 도 3에 나타내는 장치를 이용해서 아래 조건의 열 CVD법에 의해, 실리콘 웨이퍼 기판상에 금속구리 박막을 제조하였다. 얻어진 박막에 대해, X선 반사율법에 의한 막두께 측정, X선 회절법 및 X선 광전자분광법에 의한 박막구조 및 박막조성을 확인한 결과, 막두께는 75nm이고, 막조성은 금속구리였다.
(조건) 기화실 온도: 50℃, 반응 압력: 100Pa, 반응 시간: 60분, 기판 온도: 240℃, 캐리어 가스(Ar): 100ml/min, 반응 가스 없음
[평가예 3]
실시예 20에 의해 얻어진 금속구리 박막과 비교예 1에 의해 얻어진 비교의 금속구리 박막을 비교하였다. 결과를 [표 3]에 나타냈다.
Figure pct00020
[표 3]으로부터, 실시예 20과 비교예 1을 대비하면, 실시예 20은 비교예 1보다도 금속구리 박막의 성막속도가 빠르고, 실시예 20에 의해 얻어진 금속구리 박막의 다결정 평균 입자 사이즈는, 비교예 1에 의해 얻어진 비교의 금속구리 박막의 다결정 평균 입자 사이즈보다 작고, 또한 실시예 20에 의해 얻어진 금속구리 박막의 전기저항값은, 비교예 1에 의해 얻어진 비교의 금속구리 박막의 전기저항값보다 2배 이상 낮은 것을 알 수 있었다. 이상으로부터, 본 발명에 의하면, 뛰어난 특성의 금속구리 박막을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

Claims (6)

  1. 하기 일반식(I)로 표시되는 금속 알콕시드 화합물.
    Figure pct00021

    (식 중, R1은 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R2는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R3은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타내고, M은 금속원자 또는 규소원자를 나타내고, n은 금속원자 또는 규소원자의 가수를 나타낸다. )
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일반식(I)에서 M이 구리, 니켈, 코발트인 금속 알콕시드 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 일반식(I)에서 M이 구리이고, R2가 수소원자인 금속 알콕시드 화합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 금속 알콕시드 화합물을 함유해서 이루어지는 박막 형성용 원료.
  5. 제4항에 기재된 박막 형성용 원료를 기화시켜서 얻은, 상기 금속 알콕시드 화합물을 함유하는 증기를, 기체(基體;substrate)가 설치된 성막 챔버 내에 도입하고, 상기 금속 알콕시드 화합물을 분해 및/또는 화학반응시켜서 상기 기체의 표면에 금속을 함유하는 박막을 형성하는 박막의 제조방법.
  6. 하기 일반식(II)로 표시되는 알코올 화합물.
    Figure pct00022

    (식 중 R4는 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R5는 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 단, R5가 수소원자인 경우, R4는 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 또한 R5가 메틸기이고, R4가 메틸기인 경우, R6은 탄소수 3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다. 또한 R5가 메틸기이고, R4가 에틸기일 경우, R6은 탄소수 1~3의 직쇄 또는 분기상의 알킬기를 나타낸다.)
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