[發明專利]一種快速制備大粒徑硅溶膠的方法

有效

• 申請號: 201410758547.8
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104495857A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 潘國順;陳高攀;顧忠華;羅桂海;王鑫
• 申請（專利權）人: 深圳市力合材料有限公司;清華大學;深圳清華大學研究院
• 主分類號: C01B33/141
• 分類號: C01B33/141
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

技術領域

本發明涉及一種制備硅溶膠的方法，具體涉及一種離子交換法快速制備大粒徑較高純度硅溶膠的方法。

背景技術

到目前為止，硅溶膠仍然是集成電路平坦化過程中最重要的磨粒。大粒徑硅溶膠可以提高平坦化速率，進而提高制造效率、增加產能。除此之外，在平坦化過程中硅溶膠的粒徑分布，對集成電路的影響也較大：相同固含量大粒徑的硅溶膠，較窄的粒徑分布可以獲得較高的平坦化效率和表面質量；如果硅溶膠的粒徑分布較寬，較小粒徑部分在研磨過程中起到的機械作用十分有限，較大粒徑部分很容易引起劃傷，這將會帶來制造效率和質量同時下降。

硅溶膠是二氧化硅的膠體微粒分散于水中的膠體溶液，結構式見圖1。硅溶膠已廣泛應用于化工、精密鑄造、紡織、造紙、涂料、食品、電子、選礦等領域，是一種十分重要的無機材料。硅溶膠的制備方法主要包括：單質硅水解法、離子交換法、直接酸中和法、電解電滲析法、膠溶法和分散法，目前在工業上被廣泛采用的是單質硅水解法和離子交換法。

離子交換法由于成本低在工業上被較多采用，但是這種技術生產周期比較長，整個生產周期需要幾十個小時，生產效率低。專利CN101597066A公開的一種離子交換制備硅溶膠晶種的方法，反應時間2-48小時。專利CN101070161A和CN15107411A公開的離子交換法制備的硅溶膠粒徑較低。專利CN?102432027A公開的離子交換法制備單分散、大粒徑、高穩定性的酸性硅溶膠及其制造方法，所制備的硅溶膠的粒徑最大可以達到100nm，但是所得硅溶膠的粒徑分布在1-100nm之間，無法滿足現代集成電路制造的要求。

由硅溶膠的結構知，一個膠核的周圍會包裹著帶負電的吸附層和正電的擴散層，這就是著名的雙電層理論(圖2)，它是維持硅溶膠體系穩定的基本理論之一。傳統的硅溶膠制備方法硅溶膠的膠粒長大過程中，一般會保持溶液的PH值在10左右，使膠粒保持一定的距離以保持體系的穩定，如專利CN?102432027A、CN?1594080A和CN?103880023A等。在這種條件下得到較大的硅溶膠需要較長的時間。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足,提供一種硅晶片的循環拋光裝置及方法。本發明包括化學機械拋光、拋光墊清洗以及拋光液處理三個步驟，使用本發明有效地解決了硅晶片循環拋光過程中粗糙度不穩定的問題，延長拋光液的使用時間。

本發明針對現有技術中存在的不足，提出一種離子交換法制備純度較高、粒度分布窄、粒徑較大的硅溶膠的快速制備方法。本發明方法制備的硅溶膠能夠滿足現代集成電路高效平坦化的要求。

一種快速制備大粒徑硅溶膠的方法，該制備方法包括以下步驟：

(1)選擇以氣相二氧化硅制備的硅酸鈉為原料配制濃度為1-10％的水玻璃溶液，將配制好的水玻璃溶液經過陽離子樹脂交換得到活性硅酸；

(2)將步驟(1)中制得的活性硅酸通過陰離子交換樹脂，去除陰離子雜質；

(3)取10wt％步驟(2)中制得的活性硅酸，先加入穩定劑，再加入堿溶液調節其PH值7-9，加熱后得到粒徑1-10nm硅溶膠母液；

(4)在不斷攪拌下，將步驟(2)中制得的剩余活性硅酸緩慢加入硅溶膠母液中，保持硅溶膠母液微沸狀態；加入穩定劑和阻聚劑的混合溶液，反應2-4小時，得到大粒徑硅溶膠溶液；在反應過程中，通過添加堿溶液的方式保持反應液的體積不變，PH值7-9之間；

(5)將步驟(4)制得的溶液通過濃縮方法至所需固含量，并過濾雜質得到產品。

所述步驟(1)水玻璃溶液經過陽離子樹脂交換得到濃度為1-10％活性硅酸。

所述步驟(3)加入穩定劑為0.01-1wt％。

所述步驟(3)的加熱制溫度90-100℃，保持0.5-1小時。

所述步驟(4)加入穩定劑和阻聚劑分別為0.1-1wt％和0.5-10wt％，穩定劑和阻聚劑的配比為1:5到1:10之間。

所述步驟(4)的大粒徑為90-140nm。

所述的堿為氨水。所述的穩定劑為環狀低聚糖，包括α-環糊精、β-環糊精、γ-環糊精及其衍生物中的至少一種。所述的阻聚劑為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的至少一種。

與現有技術相比，本發明有以下優點：

(1)本發明中選取較低的PH范圍改變硅溶膠粒徑長大過程的雙電層的分布，加快了聚合速度，在較短的時間內制備出大粒徑的硅溶膠。