Способ получения полирующей суспензии

(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Гайшун Владимир Евгеньевич Тюленкова Ольга Ивановна Мельниченко Игорь Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Способ получения полирующей суспензии путем гидролиза тетраэтилортосиликата в смеси, содержащей аммоний, отличающийся тем, что гидролиз проводят при ультразвуковом диспергировании смеси, получаемой путем смешивания тетраэтилортосиликата и воды, добавления по каплям при постоянном перемешивании азотной кислоты и затем аммония при мольном соотношении тетраэтилортосиликат вода азотная кислота аммоний, равном 1(3,8-6,3)(0,03-0,08)(0,1-0,5), и осуществляют центрифугирование полученного коллоидного раствора диоксида кремния. Изобретение относится к способам получения растворов коллоидного диоксида кремния, используемых для финишной полировки полупроводниковых материалов и может найти применение при изготовлении полировальных суспензий для полирования монокристаллического кремния. Известен способ получения полировальной суспензии, заключающийся в получении золя перемешиванием соединения кремния с водой и кислотой 1. В известном способе получают разбавленный раствор силиката натрия, который нейтрализуют кислотой. В результате этого получают суспензию с размерами частиц 35 нм. Однако из-за повышенной концентрации ионов натрия эта суспензия не может быть использована для полировки пластин монокристаллического кремния. Известен способ получения полировальной суспензии, включающей гидролиз тетраэтил-ортосиликата в присутствии кислоты, введение в золь слабого основания 2. С известным способом получают микрочастицы аминсодержащего кремнезема с размерами частиц 0,3-1 мкм, которые используют в качестве абразивного компонента полировальных суспензий, а суспензию получают механическим перемешиванием полученных частиц в 8586 1 2006.10.30 жидкости, причем процесс получения суспензии включает гелеобразование, сушку геля,механическое диспергирование геля и перемешивание частиц кремнезема в жидкости. В силу этого процесс получения полировальной суспензии по известному способу технологически сложен и малопроизводителен. Полировальные суспензии с частицами 0,3-1 мкм(и больше) нестабильны, что ограничивает применение известного способа. Наиболее близким к заявляемому является способ получения полирующей суспензии путем гидролиза тетраэтилортосиликата в смеси, содержащей аммоний 3. Известный способ позволил получить суспензию с частицами диоксида кремния с размерами 0,1-0,7 мкм. Однако полирующая суспензия, полученная известным способом, не обладает достаточной стабильностью. Предлагаемое изобретение решает задачу разработки способа получения полирующей суспензии на основе коллоидного кремнезема. Технический результат изобретения заключается в повышении стабильности суспензии за счет получения однородных частиц с размерами 0,01-0,06 мкм. Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в способе получения полирующей суспензии путем гидролиза тетраэтилортосиликата в смеси, содержащей аммоний, гидролиз проводят при ультразвуковом диспергировании смеси, получаемой путем смешивания тетраэтилортосиликата и воды, добавления по каплям при постоянном перемешивании азотной кислоты и затем аммония при мольном соотношении тетраэтилортосиликат вода азотная кислота аммоний, равном 1(3,8-6,3)(0,03-0,08)(0,1-0,5),и осуществляют центрифугирование полученного коллоидного раствора диоксида кремния. Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Тэтраэтилортосиликат гидролизуют в присутствии катализатора, в качестве которого вначале используется азотная кислота, а затем водный раствор аммиака. Благодаря выбранному соотношению мольных компонентов осуществляется кислотно-щелочной гидролиз в УЗ поле, обеспечивающий получение частиц заданных размеров. Отсутствие УЗ поля приводит к получению более крупных частиц и уменьшению выхода продукта. Отклонение от заявляемых оптимальных соотношений в гидролизуемой смеси тетраэтилортосиликата, воды, азотной кислоты и аммония уменьшает выход конечного продукта с размерами частиц 0,01-0,06 мкм за счет образования частиц других размеров или приводит к формированию кремневого геля. Полученный продукт представляет собой суспензию белого цвета и имеет следующие характеристики плотность суспензии 1,020 г/см 3 Н 4,55,5 размер частиц 0,010,06 мкм содержание 2 23 г/л. Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Смешивают тетраэтилортосиликат и дистиллированную воду, взятые при оптимальных мольных соотношениях компонентов, затем при постоянном перемешивании добавляют по каплям азотную кислоту с помощью дозатора, после чего добавляют также по каплям аммоний в виде водного раствора аммиака. Процесс перемешивания продолжается в течение 1-1,5 ч при непрерывном УЗ диспергировании в УЗ ванне. В процессе гидролизасмеси повышается до 5560 С. Об окончании процесса гидролиза судят по снижению температуры на 510 С. Затем коллоидный раствор кремнезема центрифугируют, например, со скоростью 2000 об/мин в течение 30 минут для удаления более крупных частиц диоксида кремния, которые могут привести к возникновению царапин на поверхности пластин монокристаллического кремния в ходе их полировки. Примеры осуществления заявляемого способа. Для реализации способа использовали тетраэтилортосиликат (ТЭОС) марки ОСЧ 14-50(ТУ 6-09-5230-85), кислоту азотную ГОСТ 3118-77, аммиак водный чда ГОСТ 3760-79,дистиллированную воду. 2 8586 1 2006.10.30 Пример 1. К 231 мл (1 моль) ТЭОСа добавляли 67 мл (3,7 моль) 2 и начинали перемешивание,затем по каплям добавили 2 мл (0,04 моль) азотной кислоты, после чего также по каплям добавляли 19 мл водного раствора аммиака, который содержал 0,26 моль аммиака и 0,8 моль 2. Перемешивание проводили в течение 1 часа при постоянном УЗ диспергировании в ультразвуковой ванне. После окончания гидролиза раствор центрифугировали со скоростью 2000 об/мин в течение 30 мин. Оценивали свойства полученного продукта. Последний представляет собой суспензию диоксида кремния. Другие свойства полученного продукта приведены в таблице. Примеры 2-19 осуществляли аналогично примеру 1. Отличия примеров состояли в составах гидролизуемых смесей. Конкретные отличия в составах примеров, а также свойства полученных при этом продуктов приведены в таблице. Пример 20. Осуществляется аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что в процессе гидролиза отсутствовало ультразвуковое диспергирование. В результате образовались более крупные частицы с размерами 0,065 мкм. Пример 21. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 231 мл (1 моль) ТЭОСа добавляли 126 мл (7 моль) 2. Полученный продукт представлял собой кремневый гель. Пример 22. Осуществляется аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 231 мл (1 моль) ТЭОСа добавляли 35 мл (1,9 моль) 2. Полученная таким образом смесь содержала остатки непрореагировавшего ТЭОСа и твердые агломераты от 1 до 5 мм. Содержание компонентов, моль приАзотная Аммиак водТЭОС Вода меров кислота ный 1 1 4,5 0,04 0,26 2 1 3,8 0,05 0,3 3 1 3,8 0,03 0,1 4 1 3,8 0,08 0,5 5 1 3,8 0,08 0,1 6 1 6,3 0,06 0,4 7 1 6,3 0,08 0,5 8 1 6,3 0,03 0,1 9 1 5 0,03 0,1 10 1 5 0,08 0,5 11 1 5 0,03 0,5 12 1 4,5 0,03 0,2 13 1 4,5 0,08 0,2 14 1 4,5 0,05 0,1 15 1 4,5 0,05 0,5 16 1 3,8 0,05 0,1 17 1 3,8 0,07 0,5 18 1 6,3 0,04 0,1 19 1 6,3 0,06 0,5 Выход продукта Устойчивость с размерами частиц суспензии 0,010,06 вмкм 96 Не менее 92 6 месяцев 84,5-// Испытания полученной, согласно изобретению, полировальной суспензии осуществляли путем оценки стабильности суспензии и ее полирующих свойств. 3 8586 1 2006.10.30 Стабильность суспензии оценивали визуально на основании наблюдений. После 6 месяцев испытаний суспензия сохранила (примеры 119) все первоначальные свойства. Для испытаний были приготовлены составы согласно заявляемому способу (примеры 110). Испытания на полирующую способность осуществляли на полуавтомате Ю 1 МЗ.105.004. Полировке подвергались пластины монокристаллического кремния марок КДБ 12 и КЭФ 4,5. Время обработки 15 мин. Величина съема составила 57 мкм. Наличия поверхностных дефектов и нарушения поверхностного слоя не установлено. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4