육불화 텅스텐

육불화 텅스텐(VI)(Tungsten(VI) hexafluoride) 또는 육플루오린화 텅스텐(tungsten hexafluoride)은 화학식 을 갖는 무기 화합물이다. 약 (공기보다 약 11배 무거움)의 밀도를 가지는 유독성, 부식성 무색 기체이다.Gas chart (Wayback Machine archive 7 September 2022) 이는 표준 주위 온도 및 압력(298 K, 1 atm)에서 알려진 가장 밀도가 높은 기체이며, 이 조건에서 전이 금속을 포함하는 유일하게 잘 특성화된 기체이다.See the English Wikipedia list of gases for a comprehensive list of all compounds with measured boiling points at or below 298 K at 1 atm. 은 화학기상증착 공정을 통해 텅스텐 필름을 형성하기 위해 반도체 산업에서 일반적으로 사용된다. 이 층은 낮은 저항률을 갖는 금속성 "상호 연결"에 사용된다. 이는 알려진 17가지 이진 육플루오린화물 중 하나이다.

 속성 
 분자는 Oh의 대칭점군을 갖는 팔면체이다. W–F 결합 거리는 이다. p. 4-93.  사이에서 육플루오린화 텅스텐은 에서 의 밀도를 갖는 무색 액체로 응축된다. 에서 이는 입방 결정 구조, 의 격자 상수, 계산된 밀도 를 갖는 흰색 고체로 동결된다. 에서 이 구조는 a = , b = , c = 의 격자 상수와 의 밀도를 갖는 사방정계 고체로 변형된다. 이 상에서 W–F 거리는 이고 평균 가장 가까운 분자 접촉 거리는 이다.  기체는 가장 밀도가 높은 기체 중 하나로 가장 무거운 원소 기체인 라돈()보다 밀도가 높지만, 액체 및 고체 상태의  밀도는 상당히 보통이다.  사이의 의 증기압은 앙투안 방정식에 의해 다음과 같이 기술될 수 있다.
,
여기서 P = 증기압(bar), T = 온도(°C)이다.Cady, G.H.; Hargreaves, G.B, "Vapour Pressures of Some Fluorides And Oxyfluorides of Molybdenum, Tungsten, Rhenium, and Osmium," Journal of the Chemical Society, APR 1961, pp. 1568-& DOI: 10.1039/jr9610001568

 역사 및 합성 
육플루오린화 텅스텐은 오토 루프와 프리츠 아이스너가 1905년에 염화 텅스텐(VI)을 플루오린화 수소와 반응시켜 처음으로 얻었다.

이 화합물은 현재 플루오린 기체와 텅스텐 분말을  사이의 온도에서 발열 반응시켜 일반적으로 생산된다.

기체 생성물은 일반적인 불순물인 로부터 증류하여 분리한다. 직접 플루오린화의 한 변형에서, 금속은 가열된 반응기에 배치되고, 소량의 플루오린 기체를 주입한 의 일정한 흐름으로 로 약간 가압된다.

위 방법에서 플루오린 기체는 ClF,  또는 으로 대체될 수 있다. 텅스텐 플루오린화물을 생산하는 대체 절차는 삼산화 텅스텐()을 HF,  또는 로 처리하는 것이다. 그리고 HF 외에도 다른 플루오린화제를 사용하여 Ruff와 Eisner의 원래 방법과 유사한 방식으로 염화 텅스텐(VI)을 전환할 수 있다.
 또는

 반응 
물과 접촉하면 육플루오린화 텅스텐은 플루오린화 수소(HF)와 산플루오린화 텅스텐을 생성하며, 결국 삼산화 텅스텐을 형성한다.

다른 금속 플루오린화물과 달리, 은 유용한 플루오린화제도 강력한 산화제도 아니다. 이는 노란색 로 환원될 수 있다.

은 루이스 염기와 다양한 1:1 및 1:2 부가생성물을 형성하며, 예를 들어  등이 있다.

 반도체 산업 응용 
육플루오린화 텅스텐의 주요 응용 분야는 반도체 산업으로, 화학기상증착(CVD) 공정에서 텅스텐 금속을 증착하는 데 널리 사용된다. 1980년대와 1990년대 산업 확장은  소비 증가로 이어졌고, 이는 전 세계적으로 연간 약 200톤 수준을 유지하고 있다. 텅스텐 금속은 비교적 높은 열 및 화학적 안정성, 낮은 저항률() 및 매우 낮은 일렉트로마이그레이션으로 인해 매력적이다. 은  또는 과 같은 관련 화합물보다 더 높은 증기압으로 인해 더 높은 증착 속도를 제공하여 선호된다. 1967년 이후 두 가지  증착 경로가 개발되고 사용되었다: 열분해 및 수소 환원. 필요한  가스 순도는 상당히 높으며, 응용 분야에 따라 99.98%에서 99.9995%까지 다양하다.

CVD 공정에서  분자는 분해되어야 한다. 분해는 일반적으로 을 수소, 실레인, 저메인, 다이보레인, 포스핀 및 관련 수소 함유 가스와 혼합하여 촉진된다.

 규소 
는 규소 기판과 접촉하면 반응한다. 규소 상의  분해는 온도에 따라 다르다.
400 °C 이하에서 
400 °C 이상에서 .

이 의존성은 매우 중요하다. 왜냐하면 고온에서는 두 배 더 많은 규소가 소모되기 때문이다. 증착은 순수 규소에만 선택적으로 일어나며, 이산화 규소 또는 질화 규소에는 일어나지 않는다. 따라서 이 반응은 오염이나 기판 전처리에 매우 민감하다. 분해 반응은 빠르지만, 텅스텐 층 두께가 10–15 마이크로미터에 도달하면 포화된다. 포화는 텅스텐 층이  분자의 Si 기판으로의 확산을 막기 때문에 발생하며, 이는 이 과정에서 분자 분해의 유일한 촉매이다.

증착이 불활성 분위기가 아닌 산소 함유 분위기(공기)에서 발생하면 텅스텐 대신 산화 텅스텐 층이 생성된다.

 수소 
증착 공정은 300에서 800 °C 사이의 온도에서 발생하며 플루오린화 수소 증기 형성을 초래한다.

생성된 텅스텐 층의 결정성은 / 비율과 기판 온도를 변경하여 제어할 수 있다. 낮은 비율과 온도는 (100) 방향성 텅스텐 미결정립을 초래하는 반면, 높은 값은 (111) 방향성을 선호한다. HF의 형성은 HF 증기가 매우 공격적이며 대부분의 재료를 식각하기 때문에 단점이다. 또한, 증착된 텅스텐은 반도체 전자 장치의 주요 패시베이션 재료인 이산화 규소에 대한 접착력이 좋지 않다. 따라서 는 텅스텐 증착 전에 추가적인 완충층으로 덮여야 한다. 반면에 HF에 의한 식각은 원치 않는 불순물 층을 제거하는 데 유용할 수 있다.

 실레인 및 저메인 
/으로부터의 텅스텐 증착의 특징은 빠른 속도, 우수한 접착력 및 층 평활성이다. 단점은 폭발 위험과 혼합 비율, 기판 온도 등 공정 매개변수에 대한 증착 속도 및 형태의 높은 민감도이다. 따라서 실레인은 일반적으로 얇은 텅스텐 핵 생성 층을 생성하는 데 사용된다. 그런 다음 수소로 전환하여 증착 속도를 늦추고 층을 청소한다.

/ 혼합물로부터의 증착은 /와 유사하지만, 텅스텐 층은 상대적으로 (Si에 비해) 무거운 저마늄으로 10~15% 농도까지 오염된다. 이는 텅스텐의 저항률을 약 5에서 까지 증가시킨다.

 기타 응용 
는 탄화 텅스텐 생산에 사용될 수 있다.

무거운 기체로서 는 기체 반응을 제어하는 완충제로 사용될 수 있다. 예를 들어, Ar// 불꽃의 화학 반응을 늦추고 불꽃 온도를 낮춘다.

 안전성 
육플루오린화 텅스텐은 어떤 조직에도 침식하는 극도로 부식성이 강한 화합물이다. 가 습기와 반응하여 플루오린화 수소산을 형성하기 때문에  저장 용기에는 테플론 개스킷이 있다.

 각주 

분류:최루제
분류:산업 가스