전구체 조성물 및 방법 document_id A220623058241

원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정에서는 둘 이상의 화학적 반응물의 증기에 교대로 표면을 노출시키는 것에 의해 등각(conformal) 박막이 증착된다. 제1 전구체(유기금속 화합물, 공급원(source) 또는 반응물로 지칭되기도 함)로부터 나온 증기는 원하는 박막이 증착될 표면상으로 옮겨진다. 그 후 미반응 증기가 있다면 이는 진공하에 시스템으로부터 제거된다. 다음으로, 제2 전구체로부터 나온 증기가 제1 전구체와 반응하도록 그 표면상으로 옮겨지며, 과량의 제2 전구체 증기가 있다면 이는 제거된다. ALD 공정에서의 각 단계는 전형적으로 원하는 필름의 단층(monolayer)을 증착시킨다. 이러한 일련의 단계는 원하는 필름 두께가 얻어질 때까지 반복된다. 일반적으로, ALD 공정은 저온, 예컨대 200 내지 400 ℃에서 수행된다. 정확한 온도 범위는, 채택되는 특정 전구체는 물론 증착될 특정 필름에도 의존할 것이다. ALD 공정은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화 질화물 및 금속 규화 질화물은 물론 순수 금속을 증착시키는 데에도 사용되어 왔다. ALD 전구체는, 합리적인 시간 내에 기재 표면상에 단층을 증착시키기에 충분한 전구체 증기 농도를 반응기 내에서 보장하기 위하여, 충분히 휘발성이어야만 한다. 전구체는 또한 조기 분해 및 원치 않는 부반응 없이 증기화되도록 충분히 안정해야만 하나, 또한 기재상에 원하는 필름을 형성하기에 충분한 반응성을 가져야만 한다. 이렇듯 휘발성, 표면 반응성 및 열적 안정성의 균형이 요구되기 때문에, 적당한 ALD 전구체는 전반적으로 부족하다. 필요한 열적 안정성을 제공하기 위하여 금속 알콕사이드 및 금속 베타-디케토네이트와 같이 금속-산소 결합을 함유하는 전구체 화합물이 사용되어 왔지만, 이러한 전구체 화합물은 휘발성이 불충분해서 상대적으로 높은 ALD 공정 온도를 필요로 한다. 금속-질소 결합을 가진 전구체 화합물, 특히 금속 디알킬아미드 및 금속 아미디네이트가 ALD 공정에서 사용하기에 유망한 후보로서 고려되어 왔다. 알킬아미도 전구체는 높은 휘발성을 지니는 경향이 있는데, 이는 그 알킬아미도 리간드가 이웃 전구체 분자들이 전구체 화합물의 중심 금속과 상호작용하는 것을 효과적으로 방지하기 때문이다. 그럼에도 불구하고 알킬아미도 전구체는 ALD 공정에서 사용하기 위하여 요구되는 수준보다 낮은 열적 안정성을 가진다. 반면 아미디네이트 전구체는 아미디네이토 리간드의 킬레이트화 효과로 인하여 열적으로 보다 안정한 경향을 나타낸다. 하지만 이들은 ALD 용도로서 실제로 활용되기에는 상대적으로 낮은 휘발성을 가진다. 어떤 통상의 ALD 공정에서는 직접 액체 주입 공정(direct liquid injection process)을 활용하는데, 일반적으로 여기에서는 원하는 전구체 화합물이 적절한 유기용매에 용해된다. 그러나, 증기화 공정 중에 입자의 생성을 피하도록 전구체의 휘발성과 맞아 떨어지는 용매를 선택하기란 어렵다. 때로는, 그러한 용매에 대하여 원하는 ALD 전구체의 용해성이 직접 액체 주입 공정에서 실제 사용될 정도로 충분하지 않다.