新环二硅氮烷衍生物、其制备方法以及使用其的含硅薄膜技术

提供了新的环二硅氮烷衍生物、用于制备其的方法、以及使用其的含硅薄膜，其中具有热稳定性、高挥发性和高反应性并且在室温下和压力下呈液态(易于处理)的所述环二硅氮烷衍生物可通过多种沉积方法形成具有优良物理和电学特性的高纯度含硅薄膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到新环二硅氮烷衍生物、用于制备其的方法和使用其的含硅薄膜，并且更特别地涉及具有热稳定性和高挥发性并在室温和压力下呈液态(易于处理)的新环二硅氮烷衍生物、用于制备其的方法和使用其的含硅薄膜。
技术介绍
通过半导体领域中的多种沉积方法，含硅薄膜被制成多种形状，如硅膜、二氧化硅膜、氮化硅膜、碳氮化硅膜、氮氧化硅膜等，并且被广泛应用于许多领域中。特别地，二氧化硅膜和氮化硅膜可以在制造装置中起绝缘膜、防扩散膜、硬质掩模、蚀刻停止层、籽晶层、间隔物、沟槽隔离物、金属间介电材料和保护层的作用，归因于其显著优良的阻挡性和抗氧化性。近期，多晶硅薄膜已经被用于薄膜晶体管(TFT)、太阳能电池等，并且因此，其应用领域得到了改变。作为已知用于制造含硅薄膜的典型技术，存在通过使混合气体形式的硅前体与反应气体反应在基底表面上形成膜或者通过在表面上直接反应形成膜的金属有机化学气相沉积(MOCVD)；以及在基底表面上物理或化学吸附气体形式的硅前体，随后依次引入反应气体形成膜的原子层沉积(ALD)。另外，用于制造薄膜的多种技术，如低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)(使用能够在低温下沉积的等离子体)等被用于下一代半导体和显示装置制造工艺，由此被用于形成超精细图案和沉积在纳米尺寸的厚度下具有均匀和优良特性的超薄膜。如韩国专利特许公开No.KR 2007-0055898中所述的用于形成含硅薄膜的前体的典型实例包括硅烷、硅烷氯化物、氨基硅烷和烷氧基硅烷，并且更具体地，包括硅烷氯化物如二氯硅烷(SiH2Cl2)和六氯二硅烷(Cl3SiSiCl3)；以及三甲硅烷基胺(N(SiH3)3)、双-二乙基氨基硅烷(H2Si(N(CH2CH3)2)2)和二异丙基氨基硅烷(H3SiN(i-C3H7)2)等，并且用于半导体和显示器的大规模生产。然而，根据由装置的超高集成导致的装置微型化、纵横比的增加以及装置材料的多样化，需要形成具有均匀和薄的厚度以及在期望低温下具有优良电学特性的超精细薄膜的技术，并且因此，在使用现有硅前体时，600℃或更高的高温工艺、阶梯覆盖、蚀刻特性以及薄膜的物理和电学特性成为问题，并且因此，需要开发优良的新硅前体。相关技术文献(专利文献1)韩国专利特许公开第KR 2007-0055898号(专利文献2)美国专利申请公开第2004-0096582A1号
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供环二硅氮烷衍生物。此外，本专利技术的另一个目的是提供新的环二硅氮烷衍生物，其为用于薄膜沉积的前体化合物。另外，本专利技术的另一个目的提供用于制备环二硅氮烷衍生物的方法。此外，本专利技术的另一个目的是提供用于沉积含硅薄膜的组合物，其包含本专利技术的环二硅氮烷衍生物；用于通过使用本专利技术的环二硅氮烷衍生物来制造含硅薄膜的方法；以及通过包含本专利技术的环二硅氮烷衍生物制造的含硅薄膜。技术方案在一个一般方面中，本专利技术提供了这样的新环二硅氮烷衍生物：其能够形成具有优良内聚性、高沉积速率和即使在低温下也具有优良的物理和电学特性的硅薄膜。本专利技术的新环二硅氮烷衍生物由以下化学式1表示：[化学式1]在化学式1中，R1至R3各自独立地为氢、卤素、(C1-C5)烷基或(C2-C5)烯基，并且R4为氢、(C1-C3)烷基或(C2-C5)烯基。本专利技术的环二硅氮烷衍生物在室温和大气压下为液态化合物以具有优异的挥发性，从而使薄膜能够容易地形成。此外，作为具有Si-N键的稳定方形环化合物，环二硅氮烷衍生物具有以下优点：根据取代基来控制化合物的对称性和非对称性从而能够控制反应性。此外，由于具有方形环的分子结构，本专利技术的环二硅氮烷衍生物具有高热稳定性和低活化能，从而具有优良的反应性并且不产生非挥发性副产物，从而能够容易地形成具有高纯度的含硅薄膜。为了使根据本专利技术一个示例性实施方案的由化学式1表示的环二硅氮烷衍生物形成具有高的热稳定性和反应性以及高纯度的薄膜，优选的是，在化学式1中，R1至R3各自独立地为氢、卤素、(C1-C3)烷基或(C2-C3)烯基，并且R4为(C1-C3)烷基或(C2-C3)烯基，并且更优选的是，在化学式1中，R1至R3各自独立地为氢、卤素、甲基或乙烯基，并且R4为异丙基或异丙烯基。根据本专利技术的一个示例性实施方案的由化学式1表示的环二硅氮烷衍生物可选自以下化合物，但本专利技术不限于此：术语：本专利技术中所述的“烷基”包括直链型或支化型二者。此外，本专利技术的由化学式1表示的环二硅氮烷衍生物可优选为用于沉积含硅薄膜的前体化合物。另外，在另一个一般的方面中，本专利技术提供了用于制备由以下化学式1表示的环二硅氮烷衍生物的方法。用于制备本专利技术的环二硅氮烷衍生物的方法包括：通过使由以下化学式2表示的硅烷衍生物与由以下化学式3表示的胺衍生物反应来制备由以下化学式4表示的二氨基硅烷衍生物；以及在(C1-C7)烷基锂的存在下，通过由以下化学式4表示的所述二氨基硅烷衍生物与由以下化学式5表示的硅烷衍生物的分子内环化反应来制备由以下化学式1表示的所述环二硅氮烷衍生物：[化学式1][化学式2][化学式3]H2N-R4[化学式4][化学式5]在化学式1至5中，R1至R3各自独立地为氢、卤素、(C1-C5)烷基或(C2-C5)烯基，R4为氢、(C1-C3)烷基或(C2-C5)烯基，并且X为卤素。在本专利技术的一个示例性实施方案中，由化学式4表示的所述二氨基硅烷衍生物的制备可在由以下化学式10表示的碱或(C1-C7)烷基锂的存在下进行：[化学式10]N(R6)(R7)(R8)在化学式10中，R6至R8各自独立地为(C1-C7)烷基。在另一个一般的方面中，本专利技术提供了用于制备由以下化学式1-2表示的环二硅氮烷衍生物的方法，所述方法包括：通过使由以下化学式1-1表示的卤代环二硅氮烷衍生物与金属氢化物或由以下化学式8表示的碱金属衍生物反应来制备由以下化学式1-2表示的所述环二硅氮烷衍生物：[化学式1-2][化学式1-1][化学式8]M-R10在化学式1-1、1-2和8中，M为碱金属；R10各自独立地为氢或(C1-C5)烷基；R1至R3中的至少一者为卤素，并且余者为氢、卤素、(C1-C5)烷基或(C2-C5)烯基；R4为氢、(C1-C3)烷基或(C2-C5)烯基；并且R1a至R3a中的至少一者为氢，并且余者为氢、(C1-C5)烷基或(C2-C5)烯基，其中当R1为卤素时，R1a为氢，并且当R2为卤素时，R2a为氢，并且当R3为卤素时，R3a为氢。在另一个一般的方面中，本专利技术提供了用于制备由以下化学式9表示的环二硅氮烷衍生物的方法，所述方法包括：通过使由以下化学式2表示的硅烷衍生物与由以下化学式3表示的胺衍生物反应来制备由以下化学式6表示的氨基硅烷衍生物；在(C1-C7)烷基锂的存在下，通过由以下化学式6表示的所述氨基硅烷衍生物的分子内环化反应来制备由以下化学式7表示的卤代环二硅氮烷衍生物；以及通过使由以下化学式7表示的所述卤代环二硅氮烷衍生物与金属氢化物或由以下化学式8表示的碱金属衍生物反应来制备由以下化学式9表示的所述环二硅氮烷衍生物：[化学式2][化学式3]H2N-R4[化学式6][化学式7][化学式8]M-R10[化学式9]在化学式2、3和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由以下化学式1表示的环二硅氮烷衍生物：[化学式1]在化学式1中，R1至R3各自独立地为氢、卤素、(C1‑C5)烷基或(C2‑C5)烯基，并且R4为氢、(C1‑C3)烷基或(C2‑C5)烯基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.08 KR 10-2014-00022021.一种由以下化学式1表示的环二硅氮烷衍生物：[化学式1]在化学式1中，R1至R3各自独立地为氢、卤素、(C1-C5)烷基或(C2-C5)烯基，并且R4为氢、(C1-C3)烷基或(C2-C5)烯基。2.根据权利要求1所述的环二硅氮烷衍生物，其中所述环二硅氮烷衍生物选自以下化合物：3.一种用于制备由以下化学式1表示的环二硅氮烷衍生物的方法，包括：通过使由以下化学式2表示的硅烷衍生物与由以下化学式3表示的胺衍生物反应来制备由以下化学式4表示的二氨基硅烷衍生物；以及在(C1-C7)烷基锂的存在下，通过由以下化学式4表示的所述二氨基硅烷衍生物与由以下化学式5表示的硅烷衍生物的分子内环化反应来制备由以下化学式1表示的所述环二硅氮烷衍生物：[化学式1][化学式2][化学式3]H2N-R4[化学式4][化学式5]在化学式1至5中，R1至R3各自独立地为氢、卤素、(C1-C5)烷基或(C2-C5)烯基，R4为氢、(C1-C3)烷基或(C2-C5)烯基，并且X为卤素。4.根据权利要求3所述的方法，其中由化学式4表示的所述二氨基硅烷衍生物的制备在由以下化学式10表示的碱或(C1-C7)烷基锂的存在下进行：[化学式10]N(R6)(R7)(R8)在化学式10中，R6至R8各自独立地为(C1-C7)烷基。5.一种用于制备由以下化学式1-2表示的环二硅氮烷衍生物的方法，所述方法包括：通过使由以下化学式1-1表示的卤代环二硅氮烷衍生物与金属氢化物或由以下化学式8表示的碱金属衍生物反应来制备由以下化学式1-2表示的所述环二硅氮烷衍生物：[化学式1-2][化学式1-1][化学式8]M-R10在化学式1-1、1-2和8中，M为碱金属；R10各自独立地为氢或(C1-C5)烷基；R1至R3中的至少一者为卤素，并且余者为氢、卤素、(C1-C5)烷基或(C2-C5)烯基；R4为氢、(C1-C3)烷基或(C2-C...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世珍，杨炳日，金成基，金宗炫，金度延，李相道，昔壮衒，李相益，金铭云，
申请(专利权)人：DNF有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR