[發明專利]一種高純硅溶膠的制備方法

在審

• 申請號: 201610157559.4
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105776229A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 陳明生;薛紅娟
• 申請（專利權）人: 江蘇時空涂料有限公司
• 主分類號: C01B33/141
• 分類號: C01B33/141
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高純硅溶膠的制備方法，屬于硅溶膠制備技術領域。

背景技術

硅溶膠是無定形二氧化硅聚集顆粒在水中均勻分散形成的膠體溶液，是一種特殊結構的納米材料，分子式為mSiO2·nH2O，其膠粒大小一般為5～100nm。由于硅溶膠中二氧化硅顆粒表面具有大量的羥基，具有較大的反應活性，因此被廣泛的應用于紡織、涂料、造紙、橡膠、油漆、陶瓷、精密鑄造和電子等行業中。硅溶膠是二氧化硅顆粒在水中的懸浮狀分散液，超高純硅溶膠主要用在半導體材料，比如硅晶圓片，鍺晶圓片等精密拋光上，集成電路的多層布線時的化學機械平坦化(CMP)工藝中，以及硬盤鋁基片的精密拋光上，是半導體材料拋光液里的主要成分，是現代微電子工業中不可缺少的一個重要耗材。

目前的超高純度硅溶膠的是以水玻璃做為原料合成的。在制備硅溶膠過程中，將一定濃度的強堿性的水玻璃通過陽離子樹脂進行離子交換，轉化為酸性的硅酸(pH＜2)，再將硅酸與堿的水溶液或者堿性的硅酸鹽反應，經過成核，顆粒生長等過程最后轉變為堿性的硅溶膠即二氧化硅顆粒在水中的分散液。該法的的最大的缺點是最后的硅溶膠產品含有一定量的金屬雜質，無法徹底去除。這些雜質主要來自于天然的石英砂以及炭酸鹽，另外在水玻璃的生產過程中，也會有一定的雜質從融煉容器以及窯爐的耐火材料處引入。通過離子交換過程工藝，雖然可以將硅酸鹽中的大量的雜質排除，但將最后的雜質含量降至一般到10PPM或十萬分之一以下已經是非常困難。由于一些雜質，特別是Al，B，Zr等高價金屬往往存在于硅酸鹽的分子結構中，用離子交換法無法去除。而這些存在于二氧化硅結構中的金屬雜質，在拋光液中通過與其他化學物質的作用又會在使用中慢慢滲透出來，或產生沉淀或產生顆粒凝聚等，造成對半導體材料的污染或者機械損傷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：針對以水玻璃為原料制備的高純度硅溶膠中雜質含量高，會造成半導體材料污染或者機械損傷的問題，提供了一種以石英砂為主要原材料，在氫氧化鈉作用下，生成偏硅酸納，再分別經水解，高溫加熱，氫氟酸浸泡，氫氣還原及酸化氧化制備高純硅溶膠的方法，本發明制備的高純硅溶膠中金屬含量為7～8ppm，純度高，可廣泛適用半導體器件，多晶化模組，平面顯示器等加工過程。

為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是：

（1）稱取100～150g石英砂，用清水將其沖洗干凈后，置于粉碎機中粉碎成100～120目粉末，再置于質量分數為23％的鹽酸中浸泡40～50min，并對其進行抽濾，用去離子水沖洗抽濾物2～3次后，置于溫度為為40～50℃烘箱中干燥40～50min，待干燥完成后，置于煅燒爐中煅燒，在氮氣的保護下，煅燒時間為40～50min，溫度為400～500℃，待煅燒結束后，使其自然冷卻至室溫，得純石英砂粉末；

（2）稱量上述制備的30～40g純石英砂粉末和200～250mL質量分數為30％氫氧化鈉溶液，使其混合并攪拌反應30～40min，再將混合濁液移至反應釜中，加熱升溫至500～550℃，調節反應釜壓力為9～10MPa，待反應釜內無沉淀時，對其降溫至45～50℃后，并向反應釜內加入混合液質量10～15％氫氧化鈉，攪拌均勻后，反應30～40min，并靜置冷卻至室溫，得到偏硅酸鈉混合濁液；

（3）按固液比1:1，將上述制備的偏硅酸鈉混合濁液與去離子水進行攪拌混合均勻置于燒杯中，并對燒杯加熱，在加熱的同時攪拌，控制加熱溫度為60～70℃，加熱時間為40～45min，待加熱完成后，自然冷卻至室溫，再過濾，收集過濾物；

（4）按固液質量比2:3，將收集的過濾物與質量分數為30％氫氟酸進行攪拌混合均勻，靜置反應45～55min后，向燒杯中緩慢通入氫氣，通入的速率為20～25mL/s，通入的量為燒杯中混合濁液體積的1/2，并在通入的同時，對燒杯進行加熱，控制溫度為115～120℃，加熱反應45～55min；

（5）待加熱反應結束后，使其自然冷卻至室溫，并過濾，收集過濾物，將所收集的過濾物置于質量濃度為25％鹽酸中浸泡1～2h，再過濾，并將過濾物置于溫度為50～60℃烘箱中進行干燥至含水率達10～15％時，即可制備得高純硅溶膠。

本發明的應用方法：將本發明制備的高純硅溶膠應用于半導體器件，多晶化模組，平面顯示器等加工過程，經檢測，本發明制備的高純硅溶膠中金屬含量為7～8ppm，純度高，降低了對半導體等材料的污染率。

本發明與其他方法相比，有益技術效果是：