일반기술

지르코늄 산화물 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 박막을 형성하는 방법

*원리 및 구성본 발명은 신규의 지르코늄 산화물용 전구체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 지르코늄 산화물 전구체로서 유용한 지르코늄 알콕사이드 착화합물 및 이를 이용하여 지르코늄 함유 산화물 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.*배경최근 전자 산업 발전 방향은 소형화, 고집적화, 처리 속도의 증진 등으로 변화하고 있으며, 회로의 고집적화를 위해서는 새로운 전자 재료의 개발과 박막 제조 기술의 개발이 필수적이다. 박막 제조 기술중 다양한 산화물 박막 제조에 사용되고 있는 금속 유기물 화학증착(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD) 공정은 장치가 비교적 간단하고 층 덮임이 균일하고, 성분 조절이 쉽고, 대량 생산으로 전환하기에 무리가 없다는 장점이 있다. 이러한 MOCVD 공정을 이용하여 박막을 제조하기 위해서는, 이 공정에 사용되는 전구체의 개발과 특성의 이해가 필수적이다. MOCVD용 전구체는 200℃ 이하에서 충분히 높은 증기압을 가져야 하고, 기화시키기 위해 가열하는 동안 열적으로 충분히 안정해야 하며, 350 내지 500℃의 기질 온도에서 유기 물질 등의 분해 없이 신속히 분해되어야 하며, 저장 기간동안 공기 및 습기에 충분히 안정해야 한다. 또한 전구체 자체에 또는 분해 생성 물질에 대해 독성이 없거나 적어야 하며, 합성법이 간단하고 원재료 단가가 저렴해야 한다.지르코늄 산화물인 지르코니아(ZrO2)는 높은 유전 상수, 넓은 에너지 띠 간격 및 고 굴절 지수를 가지며 기계적 및 화학적으로 안정하기 때문에, 이를 박막으로 제조하여 DRAM(dynamic random access memory)에서 저장 축전기의 유전체로 사용될 수 있으며, 그 전구체는 비휘발성 메모리에서 강유전성 산화물인 Pb(Zr, Ti)O3의 한 원료 화합물로서 이용될 수 있다.지르코니아를 박막으로 만들기 위해 사용되어 온 전구체는 크게 네 가지로 구분되며, 염화지르코늄 또는 질산지르코늄과 같은 지르코늄의 무기염, 알콕사이드 화합물, 디알킬아미도 화합물 및 β-디케토네이트를 포함하는 화합물이 있다.*종래기술문헌[W. Clegg, Acta Crystallogr. Sect. C, 1987, 43, 789]에는 Zr(acac)4와 같은 β-디케토네이트를 포함하는 지르코늄 착화합물이 지르코늄 금속이 포화되어 있는 8 배위의 뒤틀린 사각기둥 구조를 가지므로 수분이나 공기 중에서 상대적으로 안정함을 개시하고 있다. 이들 화합물은 분해되어 지르코니아를 만들지만, 그러나 충분한 증기압을 얻기 위해서는 높은 증발 온도가 필요하고 (R. C. Smith, T. Ma, N. Hoilien, L. Y. Tsung, M. J. Bevan, L. Colombo, J. Roberts, S. A. Campbell and W. Gladfelter, Adv. Mater. Opt. Electron., 2000, 10, 105), 또한 막이 탄소로 오염되는 문제점이 있다. 한편, Zr(tmhd)4는 Zr(acac)4와 같은 구조를 가지면서 수분이나 공기 중에서 더 안정하여 고순도 지르코니아 제조에 사용되고 있지만, 산화막 증착을 위해 600℃ 이상의 높은 증착 온도가 요구된다. 플루오르를 포함하는 착화합물은 휘발성이 훨씬 좋지만 플루오르가 실리콘 기질을 분해하기 때문에 극소 전자공학(microelectronics)에 적용하기 어렵다. Jones 그룹에서는 Zr(tmhd)2(OtBu)2 또는 Zr(tmhd)2(OiPr)2을 이용하여 지르코니아를 제조하였으나, 이들 화합물을 증발시키기 위해 높은 온도를 필요로 하며 심각한 탄소 오염을 발생시킨다 (A. C. Jones, T. J. Leedham, P. J. Wright, M. J. Crosbie, P. A. Lane, D. J. Williams, K. A. Fleeting, D. J. Otway, and P. O'Brien, Chem. Vap. Deposition, 1998, 4, 46).*특징 및 장점1)수분에 덜 민감하고 보관이 유리.2)특히 산화막의 우수한 질을 요구하는 유기금속 화학증착법(MOCVD)또는 원자층 침착법(ALD)에 사용되는 지르코늄 전구체로서 손색이 없음.3)PZT 박막을 비롯한 지르코늄 산화물을 포함하는 산화물 박막 제조용 전구체로서 유용하게 사용 가능.