结构 编辑 WF6 分子是八面体形的，空间对称群 Oh 。它的W–F键长为6990183199999999999♠ 183.2 pm[6] 7003344000000000000♠ 3.44 g/cm3 7002288150000000000♠ 15 °C7002275450000000000♠ 2.3 °C7003399000000000000♠ 3.99 g/cm3 7002264149999999999♠ −9 °C正交晶系 ，晶格参数a = 6990960299999999999♠ 960.3 pmb = 6990871300000000000♠ 871.3 pmc = 6990504399999999999♠ 504.4 pm7003456000000000000♠ 4.56 g/cm3 6990312000000000000♠ 312 pm6 气体是已知密度最高的气体之一，甚至比氡 （9.73 g/L）还高。液态和固态WF6 的密度中等。[7] 6 在-70到17 °C下的蒸汽压可以通过以下方程描述：
log10 P = 4.55569 − 1021.208 / T + 208.45 其中P = 蒸汽压（巴 ），T = 温度（°C）。[8] [9]
制备 编辑 六氟化钨通常是由氟气 和钨 粉在350至400 °C下直接反应而成的：[10]
W + 3 F2 → WF6 反应产生的气态产物通过蒸馏与常见的杂质WOF4 分离。在直接氟化的一种变体中，将金属置于加热的反应器中，略微加压至1.2至2.0 psi（8.3至13.8 kPa），把恒定流量的WF6 注入到少量氟气 中。[11]
反应中的氟气可以被替换成ClF 、ClF 或BrF 。另一种制备六氟化钨的方法是三氧化钨 （WO3 ）和HF、 BrF3 或SF4 的反应。六氟化钨也可以从六氯化钨 开始合成：[4]
WCl6 + 6 HF → WF6 + 6 HCl WCl6 + 2 AsF3 → WF6 + 2 AsCl3 WCl6 + 3 SbF5 → WF6 + 3 SbF3 Cl2 反应 编辑 六氟化钨会和水反应，形成氢氟酸 （HF）和钨的氟氧化物，最终形成三氧化钨 ：[4]
WF6 + 3 H2 O → WO3 + 6 HF WF6 并不是一种有用的氟化剂，也不是强氧化剂。它可以被还原成黄色的WF4 。[12]
应用 编辑 六氟化钨主要应用于半导体工业的化学气相沉积 工艺中，以沉积钨金属。1980年代和1990年代该行业的扩张导致WF6 的消费量增加，全球每年的消费量仍保持在200吨左右。钨金属因其相对较高的热稳定性和化学稳定性，以及低电阻（5.6 µΩ·cm）和电迁移 而具有吸引力。由于WF6 有较高的蒸气压，导致较高的沉积速率，因此优于如WCl6 或WBr6 的相关化合物。自1967年以来已经开发并采用了两条WF6 的沉积路线，即热分解和用氢气还原。[13] 6 气体纯度很高。根据应用的不同，六氟化钨需要的纯度在99.98%和99.9995%之间变化。[4]
在化学气相沉积中，WF6 分子需要分解，通常通过与氢气、甲硅烷 、甲锗烷 、乙硼烷 、磷化氢 和相关的含氢气体混合促进分解。
硅 编辑 WF6 会和硅 基质反应。[4] 6 在硅上的分解反应依赖于温度：
2 WF6 + 3 Si → 2 W + 3 SiF4 （低于400 °C） WF6 + 3 Si → W + 3 SiF2 （高于400 °C） 这种依赖性至关重要，因为在较高温度下消耗的硅是低温下的两倍。钨的沉积仅选择性地发生在纯硅上，在氧化硅或氮化硅上则不能，因此该反应对污染或基板预处理高度敏感。这条分解反应较快，但当钨层厚度达到10–15微米 就饱和了。这是因为钨层阻止了WF6 分子扩散到硅基质，而硅是该过程中分子分解的唯一催化剂。[4]
如果分解反应不是在惰性环境，而是在含氧环境中发生，产生的层就会是氧化钨，而不是金属钨。[14]
氢气 编辑 六氟化钨和氢气的沉积过程在300到800 °C下发生，并产生氟化氢 气体：
WF6 + 3 H2 → W + 6 HF 产生的钨层的结晶度可以通过改变WF6 /H2 混合物的比例和基质温度来控制。低WF6 /H2 比率和温度可以形成(100)定向 的钨微晶，而较高的比例和温度有利于形成(111)定向。这个沉积过程的缺点是会形成具有强腐蚀性的HF蒸气，会腐蚀掉大多数材料。此外，沉积的钨与二氧化硅的粘附性较差，而二氧化硅是半导体电子产品中的主要钝化材料。因此，SiO2 在钨沉积之前必须用额外的缓冲层覆盖。另一方面，HF的蚀刻可能有利于去除不需要的杂质层。[4]
甲硅烷和甲锗烷 编辑 用WF6 /SiH4 混合物沉积钨的特征是高速、良好的附着力和平整度。它的缺点是可能会爆炸，而且沉积速率和形态对工艺参数（例如混合物比例、基质温度等）高度敏感。因此，甲硅烷通常用于创建薄的钨层。然后将还原剂切换为氢气，这会减慢沉积速度并清理该层。[4]
WF6 /GeH4 混合物的沉积类似WF6 /SiH4 ，但其中的钨层会有10–15%的锗。这会使钨的电阻从5 µΩ·cm增加到200 µΩ·cm。[4]
危险性 编辑 六氟化钨是腐蚀性极强的化合物，会攻击任何组织。WF6 和湿气反应会产生氢氟酸，所以WF6 的储存容器有聚四氟乙烯 垫圈。[15]
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六氟化钨, 为氟与钨形成的无机化合物, 化学式wf6, 它是无色, 有毒, 具腐蚀性的气体, 密度约为13, 是空气密度的约11倍, 也是密度最大的气体之一, 半导体器件制造行业通常用wf6的化学气相沉积来形成钨膜, 这一层膜用于低电阻率的金属互联, 它是十七种已知的二元六氟化物之一, tungsten, fluoride, ball, stick, model, tungsten, hexafluorideiupac名tungsten, hexafluoridetungsten, fluoride识别cas号, . 六氟化钨为氟与钨形成的无机化合物 化学式WF6 它是无色 有毒 具腐蚀性的气体 密度约为13 g L 是空气密度的约11倍 1 2 3 也是密度最大的气体之一 4 半导体器件制造行业通常用WF6的化学气相沉积来形成钨膜 这一层膜用于低电阻率的金属互联 5 它是十七种已知的二元六氟化物之一 六氟化钨Tungsten VI fluoride Ball and stick model of tungsten hexafluorideIUPAC名Tungsten hexafluorideTungsten VI fluoride识别CAS号 7783 82 6 PubChem 522684SMILES F W F F F F FInChI 1S 6FH W h6 1H q 6 p 6性质化学式 WF6摩尔质量 297 830 g mol 外观 无色气体密度 12 4 g L 气态 4 56 g cm3 9 C 固态 熔点 2 3 C 275 K 沸点 17 1 C 290 K 溶解性 水 水解结构分子构型 八面体偶极矩 0危险性欧盟编号 未列出闪点 不可燃相关物质其他阴离子 六氯化钨六溴化钨其他阳离子 六氟化铬六氟化钼相关化学品 四氟化钨五氟化钨若非注明 所有数据均出自标准状态 25 100 kPa 下 目录 1 结构 2 制备 3 反应 4 应用 4 1 硅 4 2 氢气 4 3 甲硅烷和甲锗烷 5 危险性 6 参考文献结构 编辑WF6分子是八面体形的 空间对称群 Oh 它的W F键长为6990183199999999999 183 2 pm 6 在2 3到17 C之间 六氟化钨会凝聚成浅黄色液体 密度7003344000000000000 3 44 g cm3 7002288150000000000 15 C 在7002275450000000000 2 3 C 以下时 它会凝固成立方晶系的白色固体 晶格参数628 pm 计算的密度为7003399000000000000 3 99 g cm3 在7002264149999999999 9 C 以下 六氟化钨晶体会变成正交晶系 晶格参数a 6990960299999999999 960 3 pm b 6990871300000000000 871 3 pm 和c 6990504399999999999 504 4 pm 密度为7003456000000000000 4 56 g cm3 在这个相态下 W F键长为181 pm 平均最接近的分子间距离是6990312000000000000 312 pm WF6气体是已知密度最高的气体之一 甚至比氡 9 73 g L 还高 液态和固态WF6的密度中等 7 WF6在 70到17 C下的蒸汽压可以通过以下方程描述 log10 P 4 55569 1021 208 T 208 45 其中P 蒸汽压 巴 T 温度 C 8 9 制备 编辑六氟化钨通常是由氟气和钨粉在350至400 C下直接反应而成的 10 W 3 F2 WF6反应产生的气态产物通过蒸馏与常见的杂质WOF4分离 在直接氟化的一种变体中 将金属置于加热的反应器中 略微加压至1 2至2 0 psi 8 3至13 8 kPa 把恒定流量的WF6注入到少量氟气中 11 反应中的氟气可以被替换成ClF ClF3 或BrF3 另一种制备六氟化钨的方法是三氧化钨 WO3 和HF BrF3或SF4的反应 六氟化钨也可以从六氯化钨开始合成 4 WCl6 6 HF WF6 6 HCl WCl6 2 AsF3 WF6 2 AsCl3 WCl6 3 SbF5 WF6 3 SbF3Cl2反应 编辑六氟化钨会和水反应 形成氢氟酸 HF 和钨的氟氧化物 最终形成三氧化钨 4 WF6 3 H2O WO3 6 HFWF6并不是一种有用的氟化剂 也不是强氧化剂 它可以被还原成黄色的WF4 12 应用 编辑六氟化钨主要应用于半导体工业的化学气相沉积工艺中 以沉积钨金属 1980年代和1990年代该行业的扩张导致WF6的消费量增加 全球每年的消费量仍保持在200吨左右 钨金属因其相对较高的热稳定性和化学稳定性 以及低电阻 5 6 µW cm 和电迁移而具有吸引力 由于WF6有较高的蒸气压 导致较高的沉积速率 因此优于如WCl6或WBr6的相关化合物 自1967年以来已经开发并采用了两条WF6的沉积路线 即热分解和用氢气还原 13 这个工艺需要的WF6气体纯度很高 根据应用的不同 六氟化钨需要的纯度在99 98 和99 9995 之间变化 4 在化学气相沉积中 WF6分子需要分解 通常通过与氢气 甲硅烷 甲锗烷 乙硼烷 磷化氢和相关的含氢气体混合促进分解 硅 编辑 WF6会和硅基质反应 4 WF6在硅上的分解反应依赖于温度 2 WF6 3 Si 2 W 3 SiF4 低于400 C WF6 3 Si W 3 SiF2 高于400 C 这种依赖性至关重要 因为在较高温度下消耗的硅是低温下的两倍 钨的沉积仅选择性地发生在纯硅上 在氧化硅或氮化硅上则不能 因此该反应对污染或基板预处理高度敏感 这条分解反应较快 但当钨层厚度达到10 15微米就饱和了 这是因为钨层阻止了WF6分子扩散到硅基质 而硅是该过程中分子分解的唯一催化剂 4 如果分解反应不是在惰性环境 而是在含氧环境中发生 产生的层就会是氧化钨 而不是金属钨 14 氢气 编辑 六氟化钨和氢气的沉积过程在300到800 C下发生 并产生氟化氢气体 WF6 3 H2 W 6 HF产生的钨层的结晶度可以通过改变WF6 H2混合物的比例和基质温度来控制 低WF6 H2比率和温度可以形成 100 定向的钨微晶 而较高的比例和温度有利于形成 111 定向 这个沉积过程的缺点是会形成具有强腐蚀性的HF蒸气 会腐蚀掉大多数材料 此外 沉积的钨与二氧化硅的粘附性较差 而二氧化硅是半导体电子产品中的主要钝化材料 因此 SiO2在钨沉积之前必须用额外的缓冲层覆盖 另一方面 HF的蚀刻可能有利于去除不需要的杂质层 4 甲硅烷和甲锗烷 编辑 用WF6 SiH4混合物沉积钨的特征是高速 良好的附着力和平整度 它的缺点是可能会爆炸 而且沉积速率和形态对工艺参数 例如混合物比例 基质温度等 高度敏感 因此 甲硅烷通常用于创建薄的钨层 然后将还原剂切换为氢气 这会减慢沉积速度并清理该层 4 WF6 GeH4混合物的沉积类似WF6 SiH4 但其中的钨层会有10 15 的锗 这会使钨的电阻从5 µW cm增加到200 µW cm 4 危险性 编辑六氟化钨是腐蚀性极强的化合物 会攻击任何组织 WF6和湿气反应会产生氢氟酸 所以WF6的储存容器有聚四氟乙烯垫圈 15 参考文献 编辑 Roucan J P Noel Dutriaux M C Proprietes Physiques des Composes Mineraux Ed Techniques Ingenieur 138 2021 12 15 原始内容存档于2022 01 04 Gas chart 页面存档备份 存于互联网档案馆 dead link 3 September 2019 Tungsten Hexafluoride MSDS PDF 永久失效連結 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 Lassner E Schubert W D Tungsten Properties Chemistry Technology of the Element Alloys and Chemical Compounds Springer 1999 111 168 2021 12 15 ISBN 0 306 45053 4 原始内容存档于2022 01 04 Tungsten and Tungsten Silicide Chemical Vapor Deposition CVD Fundamentals TimeDomain CVD 2021 12 15 原始内容存档于2009 09 14 Lide D R 编 CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th Boca Raton FL CRC Press 2005 ISBN 0 8493 0486 5 p 4 93 Levy J The structures of fluorides XIII The orthorhombic form of tungsten hexafluoride at 193 K by neutron diffraction Journal of Solid State Chemistry 1975 15 4 360 365 doi 10 1016 0022 4596 75 90292 3 Cady George H Hargreaves George B 306 Vapour 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