一种氧化硅复合磨粒及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及化学机械抛光液制备领域，特别是涉及一种氧化硅复合磨粒及其制备方法和用途。本发明专利技术提供一种氧化硅复合磨粒，所述复合磨粒为掺杂有铝元素的氧化硅复合磨粒，按重量百分比计，所述氧化硅复合磨粒中包括：铝元素0.1‑10wt%。本发明专利技术通过水溶液中晶体生长来制备复合磨粒，制备过程中，磨粒处于水溶液体系，分散性良好，提高抛光液抛光效率的同时，也使得复合磨粒分散均匀，不易聚沉。本发明专利技术的复合磨粒的物理结构为纳米球形，该磨粒的结构与化学组成上含有铝元素，铝元素可以提高磨粒的机械作用，从而提高磨粒的抛光速率。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化硅复合磨粒及其制备方法和用途
本专利技术涉及化学机械抛光液制备领域，特别是涉及一种氧化硅复合磨粒及其制备方法和用途。
技术介绍
蓝宝石俗称刚玉，是一种简单配位型氧化物，常因含微量元素四价钛或二价铁而呈现蓝色。随着科学技术的迅猛发展，蓝宝石晶体已经成为现代工业尤其是微电子及光电子产业极为重要的基础材料。作为最硬的氧化物晶体，蓝宝石由于其光学和物理特性而被运用于各种要求苛刻的领域。蓝宝石晶体广泛用于军用红外装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、探测和高功率强激光等领域，它还为微电子、光电子、半导体、光通信、信息显示尤其是蓝或白LED光照明产业提供了窗口材料。蓝宝石的表面质量对LED器件性能和质量有着非常重要的影响，目前要求超光滑、无缺陷且粗糙度小于0.2nm.因此蓝宝石最后一道抛光加工的要求很高，成为最重要的制程。目前，普遍采用化学机械抛光(CMP，ChemicalMechanicalPolishing)技术对蓝宝石器件表面进行精密抛光。磨粒是化学机械抛光抛光液中的主要成分，目前实际中广泛采用的研磨颗粒通常是氧化硅、氧化铝等传统无机粒子。而氧化硅磨粒对蓝宝石的抛光效果较好，但在CMP抛光过程中主要存在一些问题，比如：抛光速率低而导致生产效率低，表面质量有待继续提高等问题。因此，如何提供一种性能更加优良的化学机械抛光抛光液仍然是本领域的一个研究热点。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种氧化硅复合磨粒，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种氧化硅复合磨粒，所述复合磨粒为掺杂有铝元素的氧化硅复合磨粒，按重量百分比计，所述氧化硅复合磨粒中包括：铝元素0.1-10wt％，优选为3-5wt％。在本专利技术一些实施方式中，按重量百分比计，所述氧化硅复合磨粒中包括：硅元素40-50wt％，优选为40-45wt％。在本专利技术一些实施方式中，所述复合磨粒的粒径为10-150nm。在本专利技术一些实施方式中，所述复合磨粒为球形。本专利技术所提供的氧化硅复合磨粒是掺杂有铝元素的氧化硅磨粒，具体来说，是氧化硅(作为磨粒的主要骨架组分)中至少部分的硅元素的位置被铝元素所取代而形成的复合磨粒。本专利技术第二方面提供所述的氧化硅复合磨粒的制备方法，包括如下步骤：将硅酸溶液和偏铝酸溶液加入到氧化硅晶种溶液中，控制反应体系的pH＝8.5-11.5，优选为9-11，制备获得掺杂有铝元素的氧化硅复合磨粒。本专利技术所提供的氧化硅复合磨粒的制备方法中，铝元素占据部分硅元素位置而形成的氧化硅复合磨粒，在离子交换法制备硅溶胶的过程中将偏铝酸与硅酸共同加入氧化硅溶胶晶种溶液中，偏铝酸扮演着一部分硅酸的角色使铝元素掺杂到氧化硅溶胶颗粒中，于是形成了偏铝酸、硅酸并存的形式共同参与晶种的生长达到掺杂的目的。在本专利技术一些实施方式中，所述硅酸溶液的制备方法为：将硅酸盐溶解后进行阳离子交换去除阳离子制备获得，所述硅酸盐可以是例如硅酸钠等。在本专利技术一些实施方式中，按质量百分比计，所述硅酸溶液中硅酸的浓度为2-7wt％。在本专利技术一些实施方式中，所述硅酸溶液为硅酸水溶液。在本专利技术一些实施方式中，所述偏铝酸溶液的制备方法为：将偏铝酸盐溶解后进行阳离子交换去除阳离子制备获得，所述偏铝酸盐可以是例如偏铝酸钠等。在本专利技术一些实施方式中，按质量百分比计，所述偏铝酸溶液中偏铝酸的浓度为0.01-2wt％，优选为0.1-1wt％。在本专利技术一些实施方式中，所述偏铝酸溶液为偏铝酸水溶液。在本专利技术一些实施方式中，控制反应体系的pH＝8.5-11.5，优选为9-11。在本专利技术一些实施方式中，使用氢氧化钠、氢氧化钾、氨、有机胺等中的一种或多种调节反应体系的pH，所述有机胺可以是例如三乙胺等。在本专利技术一些实施方式中，反应体系的温度为60-100℃，优选为85-100℃。本领域技术人员可根据反应进程调整反应时间，例如，反应时间可以为1-50h。在本专利技术一些实施方式中，硅酸溶液和偏铝酸溶液中，硅酸与偏铝酸的摩尔比为7-700：1，优选为210-350：1。本领域技术人员可根据需要调整氧化硅晶种溶液的使用量，例如，氧化硅晶种溶液的使用量可以是硅酸溶液和偏铝酸溶液质量之和的0.05-10倍，也可以是0.3-2倍。在本专利技术一些实施方式中，按质量百分比计，所述氧化硅晶种溶液中氧化硅的浓度为1-10wt％。在本专利技术一些实施方式中，所述氧化硅晶种溶液的制备方法为：硅酸溶液在pH8.5-11.5(优选为9-11)的条件下制备氧化硅晶种溶液。在本专利技术一些实施方式中，所述氧化硅晶种溶液为氧化硅晶种水溶液。在本专利技术一些实施方式中，氧化硅晶种溶液的制备过程中，反应温度为60-100℃。在本专利技术一些实施方式中，氧化硅晶种溶液的制备过程中，按质量百分比计，硅酸溶液中硅酸的浓度为1-10wt％。在本专利技术一些实施方式中，氧化硅晶种溶液的制备过程中，所述硅酸溶液为硅酸水溶液。在本专利技术一些实施方式中，氧化硅晶种溶液的制备过程中，使用氢氧化钠、氢氧化钾、氨、有机胺等中的一种或多种调节反应体系的pH。本专利技术第三方面提供所述氧化硅复合磨粒在制备抛光液中的用途。在本专利技术一些实施方式中，所述抛光液为化学机械抛光液。在本专利技术一些实施方式中，所述抛光液中按质量百分比计，包括5-40wt％的氧化硅复合磨粒。本专利技术通过水溶液中晶体生长来制备复合磨粒，制备过程中，磨粒处于水溶液体系，分散性良好，提高抛光液抛光效率的同时，也使得复合磨粒分散均匀，不易聚沉。本专利技术的复合磨粒的物理结构为纳米球形，该磨粒的结构与化学组成上含有铝元素，铝元素可以提高磨粒的化学作用，从而提高磨粒的抛光速率，提高材料的去除率。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。此外应理解，本专利技术中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本专利技术中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
的情况下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。实施例1氧化硅复合磨粒的制备方法如下：(1)将水玻璃(硅酸钠溶液)稀释到质量分数4％的溶液，将配制好的硅酸钠水溶液注入阳离子交换柱，经过离子交换去除钠离子，得到质量分数为4％的硅酸水溶液。(2)配制3％的氢氧化钠溶液，加入步骤(1)中制得的硅酸，升温到100℃，保温1h，即得到所求的氧化硅溶胶晶种。(3)在100℃及搅拌下，将715g质量分数为0.4％的偏铝酸水溶液(通常可以由偏铝酸钠经过阳离子交换制备获得，具体为将配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化硅复合磨粒，所述复合磨粒为掺杂有铝元素的氧化硅复合磨粒，按重量百分比计，所述氧化硅复合磨粒中包括：铝元素0.1‑10wt％，优选为3‑5wt％。

【技术特征摘要】
1.一种氧化硅复合磨粒，所述复合磨粒为掺杂有铝元素的氧化硅复合磨粒，按重量百分比计，所述氧化硅复合磨粒中包括：铝元素0.1-10wt％，优选为3-5wt％。2.如权利要求1所述的一种氧化硅复合磨粒，其特征在于，按重量百分比计，所述氧化硅复合磨粒中包括：硅元素40-50wt％，优选为40-45wt％。3.如权利要求1所述的一种氧化硅复合磨粒，其特征在于，所述复合磨粒的粒径为10-150nm。4.如权利要求1-3任一权利要求所述的氧化硅复合磨粒的制备方法，包括如下步骤：将硅酸溶液和偏铝酸溶液加入到氧化硅晶种溶液中，控制反应体系的pH＝8.5-11.5，制备获得掺杂有铝元素的氧化硅复合磨粒。5.如权利要求4所述的氧化硅复合磨粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括如下技术特征中的一种或多种：(1)所述硅酸溶液的制备方法为：将硅酸盐溶解后进行阳离子交换去除阳离子制备获得；(2)按质量百分比计，所述硅酸溶液中硅酸的浓度为2-7wt％；(3)所述硅酸溶液为硅酸水溶液。6.如权利要求4所述的氧化硅复合磨粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括如下技术特征中的一种或多种：(1)所述偏铝酸溶液的制备方法为：将偏铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽芳，
申请(专利权)人：上海映智研磨材料有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31