フッ化タングステン(VI)
六フッ化タングステンもしくはフッ化タングステン(VI)はWF6の組成式で表されるフッ素とタングステンからなる無機化合物である。腐食性を有する気体または液体である。25°C100kPaにおいて気体である既知の物質の中で最も重い物質の一つであり、その密度はおよそ13 g/Lと空気の約11倍重い。WF6は集積回路やプリント基板の製造において低抵抗の金属配線層を形成するのに利用される。これは化学気相蒸着法を用いて基板上でWF6を分解させることによって金属タングステンを堆積させるものである。
WF6は通常、フッ素ガスと金属タングステン粉末を350から400°Cで反応させることで製造される。
W + 3 F 2 ⟶ WF 6 {\displaystyle {\ce {W\ + 3F2 -> WF6}}}
通常、この反応ではオキシフッ化タングステン (WOF4) が副生し不純物となるため、得られたガス状の生成物を凝縮および蒸留によって分離精製を行う。このようなフッ素との直接反応では、金属タングステンを加熱した反応容器に入れ1.2から2.0 psi (8.3から14 kPa)にわずかに加圧し、生成したWF6が一定の流量で安定して流出するように少量のフッ素ガスを吹き込む。
上記の方法におけるフッ素ガスはフッ化塩素 (ClF)、フッ化塩素(III) (ClF3) もしくはフッ化臭素(III) (BrF3) に置き換えることも出来る。
WF6/シラン (SiH4) 混合ガスを用いたタングステン層の堆積は、堆積速度が速く、良好な密着性を持ち、生成した層が滑らかになるという特徴を有している。欠点としては、爆発の危険があることと、タングステン層の堆積率と形態が混合ガスの比率や基板温度などの反応条件に敏感に左右されてしまう点が挙げられる。そのため、WF6/SiH4は一般的にタングステン薄膜の核形成層を作成するために用いられる。核形成層が生成した後には、堆積速度を遅くし層をクリーンアップするためにシランガスを水素に切り替える。
WF6/ゲルマン (GeH4) 混合ガスを用いたタングステン層の堆積はWF6/SiH4混合ガスを用いた場合に類似しているが、ゲルマニウムはケイ素と比較して重たい元素であるため10-15 %のゲルマニウムによる汚染が生じる。この汚染によってタングステン層の比抵抗はおよそ5-200 μΩ·cmほど増加する。
WF6と水素との反応におけるタングステンの堆積は300から800°Cの間で起こり、フッ化水素の蒸気が副生する。
WF 6 + 3 H 2 ⟶ W + 6 HF {\displaystyle {\ce {WF6\ + 3 H2 -> W\ + 6 HF}}}
生成したタングステン層の結晶化度はWF6/H2の比率と基板温度を変えることによって制御することができる。低比率および低温では (100) 面に配向した結晶となるのに対して、より高比率および高温では (111) 面に配向した結晶となる。フッ化水素の副生は、フッ化水素蒸気の反応性が非常に高く素材の大部分をエッチングする点が障害となる。また、堆積したタングステン層は半導体工学における主な不導体化材料である二酸化ケイ素に対して弱い密着性を示す。そのため、タングステン層を堆積させる前に二酸化ケイ素層上をバッファ層で覆っておくという余分な操作が必要になる。このような不利益の一方で、副生するフッ化水素によるエッチングは不要な不純物層を除去するという点で有益な場合もある。