Loading article…
 固体WF 6が液体WF 6に溶ける
| |||
| |||
| 名前 | |||
|---|---|---|---|
| IUPAC名
六フッ化タングステン
フッ化タングステン(VI) | |||
| 識別子 | |||
| |||
3Dモデル（JSmol）
|
| ||
| ECHA 情報カード | 100.029.117 | ||
| EC番号 |
| ||
パブケム CID
|
| ||
| ユニ |
| ||
| 国連番号 | 2196 | ||
CompTox ダッシュボード ( EPA )
|
| ||
| |||
| |||
| プロパティ | |||
| WF6 | |||
| モル質量 | 297.830 グラム/モル | ||
| 外観 | 無色のガス | ||
| 密度 | 12.4 g/L（ガス） 4.56 g/cm 3（−9 °C、固体） | ||
| 融点 | 2.3 °C (36.1 °F; 275.4 K) | ||
| 沸点 | 17.1 °C (62.8 °F; 290.2 K) | ||
| 加水分解する | |||
磁化率（χ）
|
−40.0·10 −6 cm 3 /モル | ||
| 構造 | |||
| 八面体 | |||
| ゼロ | |||
| 危険 | |||
| 労働安全衛生（OHS/OSH）： | |||
主な危険
|
有毒、腐食性があり、水に触れるとHFを発生する | ||
| GHSラベル: [1] | |||
 
| |||
| 危険 | |||
| H301+H311、H314、H330 | |||
| P260、P264、P264+P265、P270、P271、P280、P284、P301+P316、P301+P330+P331、P302+P352、P302+P361+P354、P304+P340、P305+P354+P338、P316、P317、P320、P321、P330、P361+P364、P363、P403+P233、P405、P410+P403、P501 | |||
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |||
| 引火点 | 不燃性 | ||
| 安全データシート（SDS） | ケムアドバイザー | ||
| 関連化合物 | |||
その他の陰イオン
|
六塩化タングステン 六臭化タングステン | ||
その他の陽イオン
|
フッ化クロム(VI) フッ化 モリブデン(VI) | ||
関連化合物
|
フッ化タングステン(IV) フッ化 タングステン(V) | ||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
| |||
フッ化タングステン(VI)は六フッ化タングステンとも呼ばれ、化学式WF 6の無機化合物です。毒性、腐食性、無色のガスで、密度は約13 kg/m 3 (22 lb/cu yd) (空気の約11倍)です。[2] [ 3]これは、唯一の既知の気体遷移金属(またはdブロック)化合物であり、標準周囲温度および圧力(298 K、1 atm)下では最も密度の高いガスとして知られています。[4] WF 6は、半導体業界で化学蒸着法によってタングステン膜を形成するために一般的に使用されています。この層は、低抵抗の金属「相互接続」に使用されます。 [5]これは、17の既知の六フッ化物のうちの1つです。
プロパティ
WF 6分子はO hの対称点群を持つ八面体である。W - F結合距離は183.2午後[ 6 ]2.3～17℃では、六フッ化タングステンは密度が次の無色の液体に凝縮する。3.44 g/cm 3で15 ℃ [7 ]2.3℃で、立方晶構造を持つ白色固体に凍結し、格子定数は628 pm、計算密度は3.99 g/cm 3。−9 °Cでは、この構造は格子定数a = 960.3 pm、b = 871.3 pm、c = 504.4 pmの斜方晶系固体に変化し、密度は4.56 g/cm 3。この相では、W-F距離は181 pmで、平均最近接分子接触は312 pm。WF 6ガスは最も密度の高いガスの一つであり、その密度は最も重い元素ガスであるラドン（9.73 g/L ）を超えているが、 WF 6の液体および固体状態での密度はむしろ中程度である。[8] WF 6 の蒸気圧は−70℃と17℃は 、次の式で 表すことができます。
- log 10 P = 4.55569 − 1021.208/ 208 .45日、
ここでP = 蒸気圧（bar）、T = 温度（°C）。[9] [10]
歴史と統合
六フッ化タングステンは、1905年にオットー・ルフとフリッツ・アイスナーによって六塩化タングステンとフッ化水素の反応によって初めて得られました。[11] [12]
- WCl 6 + 6 HF → WF 6 + 6 HCl
この化合物は現在、フッ素ガスとタングステン粉末の発熱反応によって、350℃と400℃ : [7]
- W + 3 F 2 → WF 6
気体生成物は、一般的な不純物であるWOF 4から蒸留によって分離されます。直接フッ素化のバリエーションでは、金属を加熱された反応器に入れ、1.2〜2.0 psi（8.3〜13.8 kPa）にわずかに加圧し、少量のフッ素ガスを注入したWF 6を一定流量で流します。[13]
上記の方法におけるフッ素ガスは、ClF、ClF 3、またはBrF 3で置き換えることができます。フッ化タングステンを生成するための別の手順は、三酸化タングステン（WO 3）をHF、BrF 3、またはSF 4で処理することです。また、HFの他に、ラフとアイスナーの元の方法に似た方法で、他のフッ素化剤を使用して六塩化タングステンを変換することもできます。[4]
- WCl 6 + 2 AsF 3 → WF 6 + 2 AsCl 3または
- WCl6 + 3SbF5 → WF6 + 3SbF3Cl2
反応
六フッ化タングステンは水と接触するとフッ化水素（HF）と酸化フッ化タングステンを生成し、最終的に三酸化タングステンを形成する：[4]
- WF 6 + 3 H 2 O → WO 3 + 6 HF
他の金属フッ化物とは異なり、WF 6は有用なフッ素化剤ではなく、強力な酸化剤でもありません。黄色のWF 4に還元されます。[14]
WF 6はルイス塩基と1:1および1:2の様々な付加物を形成し、例としてはWF 6 ( S(CH 3 ) 2 )、WF 6 (S(CH 3 ) 2 ) 2、WF 6 ( P(CH 3 ) 3 )、WF 6 ( py ) 2などがあります。[15]
半導体産業における応用
フッ化タングステンは半導体産業で主に利用されており、化学蒸着（CVD）プロセスでタングステン金属を堆積するために広く使用されています。1980年代と1990年代の産業の拡大によりWF 6の消費量が増加しましたが、現在でも世界中で年間約200トンです。タングステン金属は、比較的高い熱安定性と化学的安定性、低い抵抗率（5.6 μΩ·cm）、非常に低いエレクトロマイグレーションが魅力的です。WF 6は、蒸気圧が高く堆積速度が速いため、WCl 6やWBr 6などの関連化合物よりも好まれています。1967年以来、熱分解と水素還元の2つのWF 6堆積方法が開発され、採用されてきました。[ 16]必要なWF 6ガスの純度はかなり高く、用途に応じて99.98%から99.9995%の間で変化します。[4]
CVD プロセスでは、WF 6分子を分解する必要があります。通常、 WF 6 を水素、シラン、ゲルマン、ジボラン、ホスフィン、および関連する水素含有ガスと混合すると、分解が促進されます。
シリコン
WF 6はシリコン基板と接触すると反応します。[4]シリコン上でのWF 6の分解は温度に依存します。
- 2 WF 6 + 3 Si → 2 W + 3 SiF 4 400℃以下で
- 400℃以上ではWF 6 + 3 Si → W + 3 SiF 2となる。
この依存性は重要で、高温ではシリコンの消費量が 2 倍になる。堆積は純粋なシリコン上でのみ選択的に起こり、酸化シリコンや窒化シリコン上では起こらないため、反応は汚染や基板の前処理に非常に敏感である。分解反応は速いが、タングステン層の厚さが 10～15マイクロメートルに達すると飽和する。飽和は、タングステン層がWF 6分子の Si 基板への拡散を止めるためであり、これがこのプロセスにおける分子分解の唯一の触媒である。[4]
不活性雰囲気ではなく酸素含有雰囲気（空気）で堆積が行われると、タングステンの代わりに酸化タングステン層が生成されます。[17]
水素
堆積プロセスは 300 ～ 800 °C の温度で発生し、フッ化水素蒸気が生成されます。
- WF 6 + 3 H 2 → W + 6 HF
生成されるタングステン層の結晶性は、 WF 6 / H 2比と基板温度を変えることで制御できます。比と温度が低いと(100) 配向のタングステン結晶が生成されますが、値が高いと (111) 配向が促進されます。HF 蒸気は非常に攻撃的で、ほとんどの材料をエッチングしてしまうため、HF の形成は欠点です。また、堆積したタングステンは、半導体エレクトロニクスの主なパッシベーション材料である二酸化ケイ素との接着性が悪いです。したがって、タングステン堆積の前にSiO 2 を追加のバッファ層で覆う必要があります。一方、HF によるエッチングは、不要な不純物層を除去するのに効果的です。[4]
シランとゲルマン
WF 6 / SiH 4からのタングステン堆積の特徴は、高速、良好な接着性、層の滑らかさです。欠点は爆発の危険性と、混合比、基板温度などのプロセスパラメータに対する堆積速度と形態の高感度です。そのため、薄いタングステン核形成層を作成するためにシランがよく使用されます。その後、シランは水素に切り替えられ、堆積速度が遅くなり、層がクリーンアップされます。[4]
WF 6 / GeH 4混合物からの堆積はWF 6 / SiH 4の場合と似ていますが、タングステン層は比較的（Siと比較して）重いゲルマニウムで汚染され、濃度は最大10～15%になります。これにより、タングステンの抵抗は約5μΩ·cmから200μΩ·cmに増加します。[4]
その他のアプリケーション
WF 6 はタングステンカーバイドの製造に使用できます。
重質ガスであるWF 6は、ガス反応を制御するための緩衝剤として使用できます。例えば、Ar/ O 2 / H 2炎の化学反応を遅くし、炎の温度を下げます。[18]
安全性
六フッ化タングステンは極めて腐食性の高い化合物で、あらゆる組織を攻撃します。WF6は湿気と反応してフッ化水素酸を生成するため、 WF6の保管容器にはテフロン製のガスケットが付いています。[19]
参考文献
- ^ 「六フッ化タングステン」. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov .
- ^ ルーカン、JP;ノエル＝デュトリオー、M.-C. Proprietes Physiques des Composes Mineraux。エド。テクニック・インジェニュール。 p. 138.
- ^ ガスチャート（ウェイバックマシンアーカイブ 2022年9月7日）
- ^ abcdefghi Lassner, E.; Schubert, W.-D. (1999). タングステン - 元素、合金、化合物の特性、化学、技術。Springer。pp. 111, 168。ISBN 0-306-45053-4。
- ^ 「タングステンおよびタングステンシリサイド化学蒸着法」。CVDの基礎。TimeDomain CVD。
- ^ Lide, DR編 (2005). CRC 化学・物理ハンドブック(第86版). フロリダ州ボカラトン: CRC プレス. ISBN 0-8493-0486-5。4-93ページ。
- ^ ab Priest, HF ; Swinehert, CF (1950). 「無水金属フッ化物」。Audrieth, LF (編)。無機合成。第3巻。Wiley-Interscience。pp. 171– 183。doi :10.1002/9780470132340.ch47。ISBN 978-0-470-13162-6。
- ^ Levy, J. (1975). 「フッ化物の構造 XIII: 中性子回折による 193 K での六フッ化タングステンの斜方晶系」. Journal of Solid State Chemistry . 15 (4): 360– 365. Bibcode :1975JSSCh..15..360L. doi :10.1016/0022-4596(75)90292-3.
- ^ Cady, GH; Hargreaves, GB、「モリブデン、タングステン、レニウム、オスミウムのフッ化物およびオキシフッ化物の蒸気圧」Journal of the Chemical Society、1961 年 4 月、pp. 1568-& DOI: 10.1039/jr9610001568
- ^ Stull, Daniel R. (1947). 「純物質の蒸気圧。有機化合物と無機化合物」。Industrial & Engineering Chemistry . 39 (4): 517– 540. doi :10.1021/ie50448a022.
- ^ オットー・ラフ;フリッツ・アイズナー（1905年1月）。 「Ueber das Wolfram-hexafluorid」(PDF)。Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (ドイツ語)。38 (1): 742–747。土井:10.1002/CBER.190503801120。ISSN 0365-9496。ウィキデータ Q56639371。
- ^ オットー、ラフ;アイズナー、フリッツ。ヘラー、ヴィルヘルム (1907)。 「Über die Darstellung und Eigenschaften von Fluoriden des sechswertigen Wolframs」。Zeitschrift für anorganische Chemie (ドイツ語)。52 (1): 256–269。土井:10.1002/zaac.19070520122。ISSN 1521-3749。
- ^ 米国特許 6544889、「半導体基板上へのタングステン化学蒸着方法」、2003 年 4 月 8 日発行
- ^ グリーンウッド、NN; アーンショウ、A. (1997).元素の化学(第2版). オックスフォード: バターワース・ハイネマン. ISBN 0-7506-3365-4。
- ^ Benjamin, Sophie L.; Levason, William; Reid, Gillian (2013). 「中酸化状態および高酸化状態の金属/非金属フッ化物および中性ドナー配位子を持つ酸化物–フッ化物錯体」. Chem. Soc. Rev. 42 ( 4): 1460– 1499. doi :10.1039/C2CS35263J. PMID 23014811.
- ^ Aigueperse, J.; Mollard, P.; Devilliers, D.; Chemla, M.; Faron, R.; Romano, R.; Cuer, J.-P. (2005). 「フッ素化合物、無機」。Ullmann (編) 著。工業化学百科事典。Weinheim: Wiley-VCH。
- ^ Kirss, RU; Meda, L. (1998). 「酸化タングステンの化学蒸着」(PDF) .応用有機金属化学. 12 (3): 155– 160. doi :10.1002/(SICI)1099-0739(199803)12:3<155::AID-AOC688>3.0.CO;2-Z. hdl : 2027.42/38321 .
- ^ Ifeacho, P. (2008). 低圧予混合H2/O2/Ar炎からの半導体金属酸化物ナノ粒子：合成と特性評価。ゲッティンゲン：Cuvillier Verlag。p. 64。ISBN 978-3-86727-816-4。
- ^ 「六フッ化タングステン MSDS」（PDF）。Linde Gas。2010年2月12日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。