Hexafluoreto de tungstênio - Tungsten hexafluoride

Hexafluoreto de tungstênio
Wolframhexafluorid.svg
Fluoreto de tungstênio (VI)
Modelo ball-and-stick de hexafluoreto de tungstênio
Nomes
Nomes IUPAC
Hexafluoreto de
tungstênio fluoreto de tungstênio (VI)
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ECHA InfoCard 100.029.117 Edite isso no Wikidata
UNII
  • InChI = 1S / 6FH.W / h6 * 1H; / q ;;;;;; + 6 / p-6
  • F [W] (F) (F) (F) (F) F
Propriedades
WF 6
Massa molar 297,830 g / mol
Aparência Gás incolor
Densidade 12,4 g / l (gás)
4,56 g / cm 3 (-9 ° C, sólido)
Ponto de fusão 2,3 ° C (36,1 ° F; 275,4 K)
Ponto de ebulição 17,1 ° C (62,8 ° F; 290,2 K)
Hidrolisa
−40,0 · 10 −6 cm 3 / mol
Estrutura
Octaédrico
zero
Perigos
Riscos principais Tóxico, corrosivo; dá HF em contato com água
Ponto de inflamação Não inflamável
Compostos relacionados
Outros ânions
Hexacloreto de
tungstênio Hexabrometo de tungstênio
Outros cátions
Fluoreto de cromo (VI) Fluoreto de
molibdênio (VI)
Compostos relacionados
Fluoreto de tungstênio (IV) Fluoreto de
tungstênio (V)
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

O fluoreto de tungstênio (VI) , também conhecido como hexafluoreto de tungstênio , é um composto inorgânico com a fórmula W F 6 . É um gás tóxico, corrosivo e incolor, com uma densidade de cerca de 13 g / L (cerca de 11 vezes mais pesado que o ar). É um dos gases mais densos conhecidos em condições padrão. O WF 6 é comumente usado pela indústria de semicondutores para formar filmes de tungstênio, por meio do processo de deposição química de vapor . Esta camada é usada em uma " interconexão " metálica de baixa resistividade . É um dos dezessete hexafluoretos binários conhecidos .

Propriedades

A molécula WF 6 é octaédrica com o grupo de pontos de simetria de O h . As distâncias da ligação W – F são 183,2 pm . Entre 2,3 e 17 ° C , o hexafluoreto de tungstênio se condensa em um líquido amarelo pálido com a densidade de 3,44 g / cm 3 em 15 ° C . No 2,3 ° C ele congela em um sólido branco com uma estrutura cristalina cúbica, a constante de rede de 628 pm e densidade calculada 3,99 g / cm 3 . No −9 ° C esta estrutura se transforma em um sólido ortorrômbico com as constantes de rede de a = 960,3 pm , b = 871,3 pm e c = 504,4 pm , e a densidade de 4,56 g / cm 3 . Nesta fase, a distância W – F é 181 pm, e os contatos intermoleculares mais próximos médios são 312 pm . Enquanto o gás WF 6 é um dos gases mais densos, com a densidade excedendo a do rádon do gás elementar mais pesado (9,73 g / L), a densidade do WF 6 no estado líquido e sólido é bastante moderada. A pressão de vapor de WF 6 entre -70 e 17 ° C podem ser descritos pela equação

log 10 P = 4,55569 - 1021.208 / T + 208,45 ,

onde P = pressão de vapor ( bar ), T = temperatura (° C).

Síntese

O hexafluoreto de tungstênio é comumente produzido pela reação exotérmica de gás flúor com pó de tungstênio a uma temperatura entre 350 e 400 ° C :

W + 3 F 2 → WF 6

O produto gasoso é separado do WOF 4 , uma impureza comum, por destilação. Numa variação da fluoração direta, o metal é colocado em um reator aquecido, levemente pressurizado a 1,2 a 2,0 psi (8,3 a 13,8 kPa), com fluxo constante de WF 6 infundido com uma pequena quantidade de gás flúor .

O flúor gasoso no método acima pode ser substituído por Cl F , ClF
3
ou Br F
3
. Um procedimento alternativo para a produção de fluoreto de tungstênio é reagir trióxido de tungstênio (WO 3 ) com HF, BrF 3 ou SF 4 . O fluoreto de tungstênio também pode ser obtido pela conversão de hexacloreto de tungstênio :

WCl 6 + 6 HF → WF 6 + 6 HCl ou
WCl 6 + 2 AsF 3 → WF 6 + 2 AsCl 3 ou
WCl 6 + 3 SbF 5 → WF 6 + 3 SbF 3 Cl 2

Reações

Em contato com a água, o hexafluoreto de tungstênio dá fluoreto de hidrogênio (HF) e oxifluoretos de tungstênio, eventualmente formando trióxido de tungstênio :

WF 6 + 3 H 2 O → WO 3 + 6 HF

Ao contrário de alguns outros fluoretos de metal, o WF 6 não é um agente de fluoração útil nem um oxidante poderoso. Pode ser reduzido para o amarelo WF 4 .

Aplicações na indústria de semicondutores

A aplicação dominante do fluoreto de tungstênio é na indústria de semicondutores, onde é amplamente utilizado para depositar metal de tungstênio em um processo químico de deposição de vapor . A expansão da indústria nas décadas de 1980 e 1990 resultou no aumento do consumo de WF 6 , que permanece em torno de 200 toneladas por ano em todo o mundo. O metal de tungstênio é atraente por causa de sua estabilidade térmica e química relativamente alta, bem como baixa resistividade (5,6 µΩ · cm) e eletromigração . WF 6 é preferido em relação a compostos relacionados, como WCl 6 ou WBr 6 , por causa de sua pressão de vapor mais alta, resultando em taxas de deposição mais altas. Desde 1967, duas rotas de deposição WF 6 foram desenvolvidas e empregadas, decomposição térmica e redução de hidrogênio. A pureza do gás WF 6 necessária é bastante alta e varia entre 99,98% e 99,9995%, dependendo da aplicação.

As moléculas de WF 6 devem ser divididas no processo de CVD. A decomposição é geralmente facilitada pela mistura de WF 6 com hidrogênio, silano , alemão , diborano , fosfina e gases contendo hidrogênio relacionados.

Silício

WF 6 reage ao entrar em contato com um substrato de silício . A decomposição de WF 6 em silício é dependente da temperatura:

2 WF 6 + 3 Si → 2 W + 3 SiF 4    abaixo de 400 ° C e
WF 6 + 3 Si → W + 3 SiF 2     acima de 400 ° C.

Essa dependência é crucial, pois o dobro do silício está sendo consumido em temperaturas mais altas. A deposição ocorre seletivamente em Si puro apenas, mas não em óxido ou nitreto de silício, portanto, a reação é altamente sensível à contaminação ou ao pré-tratamento do substrato. A reação de decomposição é rápida, mas satura quando a espessura da camada de tungstênio atinge 10-15 micrômetros . A saturação ocorre porque a camada de tungstênio interrompe a difusão das moléculas de WF 6 para o substrato de Si, que é o único catalisador de decomposição molecular neste processo.

Se a deposição ocorrer não em uma atmosfera inerte, mas em uma atmosfera contendo oxigênio (ar), então, em vez de tungstênio, uma camada de óxido de tungstênio é produzida.

Hidrogênio

O processo de deposição ocorre em temperaturas entre 300 e 800 ° C e resulta na formação de vapores de ácido fluorídrico :

WF 6 + 3 H 2 → W + 6 HF

A cristalinidade das camadas de tungstênio produzidas pode ser controlada alterando a razão WF 6 / H 2 e a temperatura do substrato: taxas e temperaturas baixas resultam em (100) cristalitos de tungstênio orientados, enquanto valores mais altos favorecem a orientação (111). A formação de HF é uma desvantagem, pois o vapor de HF é muito agressivo e desgasta a maioria dos materiais. Além disso, o tungstênio depositado mostra fraca adesão ao dióxido de silício, que é o principal material de passivação na eletrônica de semicondutores. Portanto, o SiO 2 deve ser coberto com uma camada tampão extra antes da deposição de tungstênio. Por outro lado, a corrosão por HF pode ser benéfica para remover camadas de impurezas indesejadas.

Silano e alemão

As características da deposição de tungstênio do WF 6 / SiH 4 são alta velocidade, boa adesão e suavidade da camada. As desvantagens são o risco de explosão e a alta sensibilidade da taxa de deposição e morfologia aos parâmetros do processo, como proporção de mistura, temperatura do substrato, etc. Portanto, o silano é comumente usado para criar uma fina camada de nucleação de tungstênio. Em seguida, é trocado para hidrogênio, que retarda a deposição e limpa a camada.

A deposição da mistura WF 6 / GeH 4 é semelhante à de WF 6 / SiH 4 , mas a camada de tungstênio fica contaminada com germânio relativamente (em comparação com Si) pesado até concentrações de 10-15%. Isso aumenta a resistência ao tungstênio de cerca de 5 a 200 µΩ · cm.

Outras aplicações

WF 6 pode ser usado para a produção de carboneto de tungstênio .

Como um gás pesado, o WF 6 pode ser usado como um tampão para controlar as reações do gás. Por exemplo, ele desacelera a química da chama de Ar / O 2 / H 2 e reduz a temperatura da chama.

Segurança

O hexafluoreto de tungstênio é um composto extremamente corrosivo que ataca qualquer tecido. Devido à formação de ácido fluorídrico após a reação do WF 6 com a umidade, os recipientes de armazenamento do WF 6 têm gaxetas de Teflon .

Referências