Гексафторид вольфрама (WF6): область применения, свойства и синтез

Электронный газ WF₆: синтез, свойства и области применения

Газ WF₆ – гексафторид вольфрама – токсичный, бесцветный газ, нашедший широкое применение в полупроводниковой промышленности. 

Способы синтеза

Гексафторид вольфрама – чрезвычайно агрессивное соединение, поражающее любые ткани. Он образует опасную смесь с водой и является сильнейшим неорганическим ядом. Поэтому производство, хранение и транспортировка этого газообразного вещества строго регламентируются на всех этапах обращения с ним.

Для нужд промышленности WF₆ синтезируют экзотермическим методом при температуре +350˚C…+400˚C из фтора (газ) и вольфрама (порошок). Фтор, выделяемый при электрохимическом разложении плавиковой кислоты, отправляется на фторирование металлического вольфрама. Потом WF₆ конденсируется в жидком виде и передается на восстановление водородом. После восстановления, снова получается HF, которая улавливается конденсацией и направляется на электрохимическое разложение. В результате создается промышленный оборот фторсодержащих продуктов и водорода.

Есть и другие методы получения:

• Превращением гексахлорида вольфрама при участии плавиковой кислоты – образуется гексафторид вольфрама и соляная кислота;

• Дистилляцией WOF₄;

•  Реакцией триоксида вольфрама и плавиковой кислоты (HF), трифторида бора (BrF₃) или тетрафторида серы (SF₄)

Есть серьезное отличие газа WF₆ от других металлических фторидов – данный газ не является сильным окислителем и не несет пользы, как фторирующий агент. При этом гексафторид вольфрама запускает коррозийные процессы и легко вступает в реакцию с любыми металлами, кроме платины и золота. При воздействии влаги на газ образуется HF, из-за чего в емкости для закачивания WF₆ обязательно присутствует тефлоновая прокладка, защищающая поверхность от коррозии и разрушения.

Особенности применения газа WF₆

Гексафторид вольфрама имеет плотность ≈13 г/л и считается самым тяжелым газом при комнатной температуре. Главное его предназначение в производстве полупроводников – осаждение металлического слоя вольфрама из паровой фазы. Такой слой обладает высокой химической и термостабильностью, низким сопротивлением и служит своеобразной защитной подложкой плат и схем.

Процесс CVD (химическое осаждение из газовой фазы) выполняют двумя методами:

• Термическое разложение;

• Водородное восстановление.

Для улучшения качества реакций предварительно смешивают газ с родственными водородосодержащими газам, фосфином, германом, силаном, дибораном или чистым водородом. Для всех этих реакций подходит гексафторид вольфрама высокой чистоты (99,999%), который и можно заказать через интернет-магазин S-GAS.COM.

Где используется шестифтористый вольфрам?

В микроэлектронике и полупроводниковой продукции востребовано свойство газа WF₆ вступать в качественные реакции с кремнием, водородом, силаном и германом. При CVD на кремниевой подложке необходимо обеспечить правильный температурный режим, инертную среду и высокую степень очистки поверхности перед нанесением вольфрамового слоя. Насыщение происходит при толщине слоя 10-15 мкм.

Осаждение на других веществах требуется для достижения конкретных параметров полупроводников:

• Водород позволяет управлять кристаллитными слоями вольфрама (за одну реакцию получают 100 или 111 кристаллитов в зависимости от температуры). Образование плавиковой кислоты помогает вытравить ненужные примеси с поверхности микросхем, но в большинстве случаев воспринимается, как недостаток технологии.
•  Силан и герман помогают получить хорошую адгезию, гладкость слоя, но подобные реакции характеризуются высокочувствительной скоростью протекания и взрывоопасностью. Положительным результатом можно считать увеличение сопротивления вольфрамового покрытия до 200МОм/см.
•  Для контроля газовых реакций ценна высокая плотность гексафторида вольфрама.

Также роль шестифтористого вольфрама неоспорима в процессах получения изотопов и порошкообразного металла. Все перечисленное обеспечило устойчивый мировой спрос на более 200 млн т вещества в год в аналитических, электронных и полупроводниковых производствах.

Обеспечение безопасного применения гексафторида вольфрама

Циклы производства фторида вольфрама (IV) осуществимы при наличии двух технологических линий. Первая включает в себя электролизер, сорбционные колонны, фтораторы и конденсаторы. Данная цепочка агрегатов отвечает за фторирование вещества.

Восстановительная линия включает в себя реакционные камеры, конденсаторы для улавливания плавиковой кислоты, аппарат для восстановления остатков газа. В каждой реакции важен контроль очистки соединений от вредных примесей и обеспечение взрывобезопасности. Также, объективно важным является достижение такого уровня выброса фтора, чтобы после разбавления вентиляционными газами концентрация не превышала ПДК = 0,15 мг/м³.