[发明专利]一种高纯有机铝改性酸性硅溶胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高纯有机铝改性酸性硅溶胶及其制备方法和应用，常温下有机铝改性剂溶解在体系溶剂中，再加入硅源，得到硅源溶液；体系溶剂加入到四口烧瓶中；有机碱溶液稀释得碱溶液；在搅拌和15–50℃的条件下硅源溶液和碱溶液同步滴加至四口烧瓶中，滴加完毕后继续搅拌，陈化24–72小时后浓缩，用有机酸调节pH至2–4，得到高纯有机铝改性酸性硅溶胶。本发明采用有机铝改性剂、硅源的混合滴加和碱催化的方式，使用Stober法可以快速制备不同粒径均匀稳定分布的高纯有机铝改性酸性硅溶胶，稳定性好，可以稳定存放1年之久，铜离子含量可控制在50ppb以下，不会产生大量酸水，工艺简单，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于材料改性领域，具体涉及一种高纯有机铝改性酸性硅溶胶及其制备方法和应用。

背景技术

硅溶胶是一种纳米二氧化硅颗粒在水或溶剂中的分散液，纳米二氧化硅颗粒可用于对各种基材进行物理和化学抛光，从而形成几乎无缺陷的平坦表面。硅溶液可分为酸性硅溶胶和碱性硅溶胶，pH值在2–4之间为酸性硅溶胶，相比碱性硅溶胶，酸性硅溶胶的金属离子含量低，可有效避免抛光器件污染及催化剂中毒等问题，满足硅片、化合物晶体、精密光学器件等的CMP抛光液技术要求。但是，酸性硅溶胶处于亚稳状态，在放置过程中会逐渐发生胶凝作用，稳定性较低，室温下储存时间短，成为制约其应用的主要影响因素。

铝改性酸性硅溶胶以铝离子与硅形成Al-O-Si键，增加酸性硅溶胶的稳定性，常规制备工艺有如下几种：

专利申请CN110482559A公开一种铝改性酸性硅溶胶及其制备方法和应用，将含铝的硅酸溶液与碱性底液进行混合反应得到铝改性碱性硅溶胶，再将其经阳离子交换树脂反应得到铝改性酸性硅溶胶，但这种方法使用的铝盐为硫酸铝、硝酸铝或明矾等无机铝盐，其除铝以外的金属杂质离子较多，制备的铝改性酸性硅溶胶会因为其铜离子含量高影响在CMP抛光液中的应用，此外需要使用阳离子交换树脂，其再生阳离子交换树脂工艺繁杂且产生废酸废水较多，对环境不友好。专利CN106744997B公开一种掺杂异质元素的酸性硅溶胶的制备方法，以水合氯化钇、氧氯化锆八水或氯化铝六水为异质元素，正硅酸四甲酯为硅源，以盐酸溶液为催化剂，向盐酸、含有异质元素盐去离子水和乙醇的混合溶液中添加正硅酸四甲酯来制备酸性硅溶胶，同样也选用无机金属盐，其异质元素无机金属盐尚有较多其他金属离子存在；另外正硅酸甲酯往含有异质元素金属盐的酸水醇体系滴加，其异质元素金属盐在反应初期相比正硅酸甲酯含量极高，会导致异质元素金属盐对硅的改性前后端比例不均一，其实例显示凝胶时间较短，约为30天，严重影响其市场推广。因此，制备一种可稳定存放的、杂质金属含量极低的、工艺简单的铝改性酸性硅溶胶对CMP抛光液市场很有必要。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种高纯有机铝改性酸性硅溶胶的制备方法，使用Stober法，采用有机铝改性剂、硅源的混合滴加和碱催化方式可以快速制备不同粒径均匀稳定分布的高纯铝改性硅溶胶，采用有机铝盐作为铝改性剂，从原料上规避其他金属离子对铝改性硅溶胶的干扰，不使用阳离子交换树脂，工艺简单。

本发明的另一目的是提供上述制备方法得到的高纯有机铝改性酸性硅溶胶在半导体抛光中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种高纯有机铝改性酸性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)在常温下，将0.005–0.1mol有机铝改性剂溶解在0.2–2mol体系溶剂中，再加入1mol硅源，得到无色透明的硅源溶液；

(2)将2–9.8mol体系溶剂加入到四口烧瓶中；

(3)将0.1–1mol的有机碱稀释，得到浓度为2％–10％的碱溶液；

(4)在搅拌和15–50℃的条件下，所述硅源溶液和碱溶液同步滴加至四口烧瓶中，滴加时间为30–120分钟；