化学式: WCl5
分子量: 361.11
CAS: 13470-14-9
外観: 黒緑色の結晶
融点: 242℃
沸点： 297.19℃（推定値）
WCl5としても知られる 塩化タングステン(V)は、フッ素を含まないタングステン前駆体で、半導体プロセス、特に 原子層堆積 (ALD) または段階的パルス核生成 (PNL) プロセスで金属タングステンおよび窒化タングステン (WNx) の薄膜を堆積し、タングステンのパッド層または核生成層を形成するために近年使用されています。
従来、タングステン薄膜には 前駆体としてただし、フッ素が存在すると、隣接するコンポーネントへのエレクトロマイグレーションまたは拡散が発生し、接点が腐食し、デバイスの性能が低下する可能性があります。 塩化タングステン(6) (WF6)が使用されることがよくありました。
対照的に、塩化タングステン (WClx) にはフッ素が含まれておらず、主な反応副生成物は塩化水素 (HCl) です。 HCl は腐食性ですが、その影響を制御するのは比較的簡単で、WF6 に伴うフッ素汚染や基板の腐食を回避できます。
さらに、WCl6 と比較して、WCl5 は 室温での飽和蒸気圧が高いため、蒸発して成膜チャンバーに供給されやすくなり、ALD/CVD におけるより安定した前駆体供給が実現されます。この特性により、WCl5 はタングステン堆積前駆体として WF6 の代替となる可能性があります。
ただし、WCl5 は室温では固体であり、低蒸気圧の前駆体のままです。実際の応用では、安定した蒸気流量を確保するために容器の加熱や供給方法の最適化が必要です。
いくつかの研究では、結晶相組成を制御することで WCl5 の昇華挙動を改善し、長期の堆積プロセス中に前駆体の安定した出力を確保しています。これらの対策は、固体前駆体の供給問題を克服し、工業用蒸着装置における WCl5 の実現可能性を向上させることを目的としています。
ALD プロセスでは、WCl5 は基板表面に自己制限的に吸着され、還元ガスを導入することで金属タングステンに還元されます。例えば、ＷＣｌ５とボラン（Ｂ２Ｈ６）、シラン（ＳｉＨ４）、または水素などの還元剤との交互パルスを使用して、タングステン核生成層を堆積することができる。 WCl5 は、CVD によるバルク タングステン ホスト層の堆積にも使用でき、塩素含有量が極めて低い、または検出不能なタングステン膜が得られます。
腐食を避けるため、固体の WCl5 を保管するにはガラス容器が好ましいことに注意することが重要です。堆積中、固体 WCl5 の昇華に十分な蒸気圧を確保し、輸送中に安定した蒸気流を維持するために、コンテナと配管の温度をの範囲内に維持する必要があり 190 ～ 245°C ます。
全体として、WCl5 はとして使用されており タングステン金属薄膜を堆積するための核生成層およびホスト層、高アスペクト比構造へのタングステン充填が実現可能です。
一般的に使用される代表的な還元剤:
水素、シラン、ボラン、有機水素化ホウ素など
いくつかの研究では、有機アルミニウム試薬 (トリエチルアルミニウムなど) を WCl5 と反応させ、炭化物相 (W-C) を形成することを試みています。
WN 薄膜は、銅やルテニウムなどの導体の拡散バリア層として機能します。実験によると、厚さ約 4 nm の ALD-WN 層は、850℃もの高温でのアニーリング中に銅とルテニウムの拡散を阻止でき、 優れた熱安定性とバリア性能を示すことが示されています。.
Lam Research の特許技術では、低温で PE-ALD を使用し、最初に NH3 を誘電体表面に導入して吸着、分解し、次に WCl5 を導入して以前に吸着した窒素源と反応させ、高品質の WN 薄膜を形成します。 この方法により、酸化物上に均一なWNバリア層を形成できます。
一般的に使用される共反応物:
一般的な窒素源: NH3。
窒素含有有機化合物 (tert-ブチルヒドラジンなど): 炭素含有 W(N,C) 共堆積物を生成します。
好ましい窒素源: N2/H2。活性窒素を提供するだけでなく、塩素残留物を減らし、水素の還元によって低抵抗相の形成を促進します。
塩化タングステン(V)は、 新たなタングステン前駆体として、半導体薄膜堆積 において独自の利点と多様な応用可能性を示しています。.
製造装置メーカーの Lam Research は、タングステン充填に WCl5 を使用する技術を最初に開発した企業の 1 つであり、いくつかの特許を申請しています。材料サプライヤー側では、エア・リキードは WCl5 の精製と保管にも注力しており、前駆体の高純度で安定した供給を確保するために関連特許を申請しています。
半導体デバイスメーカーが公開文献に WCl5 の使用を明示することはほとんどありませんが、いくつかの公開情報で明らかなように、大手企業はすでにこの材料を研究開発の取り組みに組み込んでいます。例えば：
メルクの電気化学部門は、高純度 WCl5 の製品紹介の中で、その用途には ロジック デバイスの金属ゲート コンタクトのタングステン充填や、メモリ (DRAM、3D NAND) 用のフッ素を含まないタングステン材料の堆積が含まれると明示しています。
TSMC、Intel、Samsung、その他のロジック ファウンドリやメモリ チップ メーカーはために、WF6 の代替品として WCl5 を評価している可能性があります。 、プロセス中の誘電体層へのフッ素によるダメージを軽減する
アプライド マテリアルズは、技術プロモーションの中でフッ素を含まないタングステン ソリューションについても言及し、 タングステンの選択的堆積を可能にする新しい CVD システムを提供しました。これには、特定の表面上にタングステンが充填されたチャネルの選択的堆積を達成するための塩化タングステン前駆体の選択が含まれる可能性があります。
Samsung、SK Hynix、およびその他のメモリ業界の企業は、 多層酸化膜のフッ素腐食の問題を回避するために、3D NAND および DRAM の埋め込みワードラインに WCl5 を使用することに重点を置いています。.
Entegris が発行したホワイトペーパーによると、WCl₅ は 3D NAND 製造において WF6 を効果的に置き換え、能力を実証しました。 フッ素関連反応によって引き起こされる線曲がりなどの欠陥を軽減する それにもかかわらず、主にコスト要因により、大量生産における大規模な採用は依然として限られています。
材料のサプライチェーンがより強固になり、プロセス技術が成熟し続けるにつれて、WCl5 は半導体製造においてより重要な役割を担うようになっています。 WCl5 に対する業界の現在の見通しは楽観的であると同時に慎重です。 次世代タングステン前駆体の強力な候補として認識されており、すでに主要な材料および装置のサプライヤーから支持を得ています。
大手半導体メーカーは、コスト、安全性、プロセスの安定性の観点から包括的な検証を行った後、WCl₅を重要なプロセスノードに限定的かつ段階的に導入し、その採用を拡大すると予想されます。
半導体サプライチェーンの重要な部分として、 塩化タングステン(V) (WCl5) の安定した高純度の供給が 不可欠です。当社は、 世界的なチップメーカーに信頼できる WCl5 サプライヤーをお探しの場合は、製品仕様と技術ソリューションについてお問い合わせください。 超高純度のエレクトロニクスグレードのタングステン材料と前駆体を提供することに尽力しています。
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6] イ・ミニョンほか応用表面科学、2021、563、150373。
DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.150373
[7] ソ・カンミンほかACS アプリケーション。ナノメーター。 2023年6月23日21741～21751。
DOI: 10.1021/acsanm.3c03956
