CN101495409B - 硅溶胶及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过在制造后防止粘度升高而提供一种高纯度、高浓度且具有长期稳定性和低粘度的硅溶胶及其制造方法。本发明提供的高纯度、高浓度的硅溶胶不经历粘度升高或凝胶化，尽管二氧化硅的颗粒尺寸各不相同。这是通过在制造过程中向反应液或溶剂置换浓缩液中添加一定浓度的分散剂而获得的。一种采用醇盐法制造的硅溶胶及其制造方法，该硅溶胶至少包括：分散剂和二氧化硅，其中所述分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～3000ppm，所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从无机酸、无机酸盐、有机酸和有机酸盐中选取，其分解温度和沸点均为60℃或更高，并且所述硅溶胶具有20％或更高质量百分比的二氧化硅浓度。

Description

硅溶胶及其制造方法

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请为2007年7月25日递交的国际申请号为PCT/JP2007/064607的国际申请，要求于2006年7月31日提交的日本专利申请号为2006-209220的日本专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

本发明涉及一种硅溶胶及其制造方法，特别涉及一种高浓度、低粘度及高纯度的具有长期稳定性的硅溶胶，用于作为硅晶圆的抛光材料以及半导体器件的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，简称：CMP)步骤中，并且涉及一种在制造步骤中浓缩硅溶胶的具有高生产效率的硅溶胶的制造方法。

背景技术

近来，随着半导体技术的不断发展，需求一种包含极少量金属杂质的高纯度硅溶胶，用于硅晶圆的抛光以及半导体器件的CMP步骤中，这是因为它不会污染如硅晶圆等材料。

较佳地是要生产包含高浓度二氧化硅的硅溶胶，即高浓度硅溶胶。因为其不仅可以提高生产效率，而且还可以提高存储/运输的效率。进一步地，还因为它可以自由地控制的抛光剂的复合，即它可以提高复合的灵活性。因此，出现了各种有关高浓度硅溶胶的报导。

有关于硅溶胶在硅晶圆抛光中的使用，存在如下问题：被循环再利用的硅溶胶表现出一种粘度增大的趋势，这会干扰抛光剂的效力。因此，人 们希望硅溶胶即使在被循环再利用以后也能够表现出长期的稳定性和低粘度。

具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶尤其被用于300mm晶圆的终抛光中，其可以增加平整度而且不会引起损伤(无刮痕)。这种硅溶胶还被用作大规模集成电路(Large Scale Integrated，简称：LSI)的CMP步骤中的抛光剂，其中在LSI中设置有显著微型元件。具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶具有高精度，能够作为必须具备无刮痕平坦性及微观结构的抛光材料。因此，需要具有小的二氧化硅颗粒的高浓度硅溶胶。

例如，专利申请特公昭37-9961号公报公开了一种制备30％或更高浓度的硅溶胶的方法，采用添加单价阳离子可溶金属盐(碱金属盐)作为分散剂。这种方法在制造高浓度硅溶胶的同时保持了低粘度。根据本发方法，硅溶胶包含来自碱金属盐的金属杂质，因此不能制造高纯度硅溶胶。

在同样的文献中还公开了使用包含较低烷基的铵盐作为分散剂的方法，其可以制造出不包含金属杂质的硅溶胶。然而，由于这种铵盐的分解温度低，因此会在加热步骤中分解。从而会导致铵盐作为分散剂的效力不足。而且，硅溶胶的粘度不能保持在恒定水平，这是因为分散剂在长期的存储步骤中会被分解或汽化。因此，粘度会增加并且随着时间的延续会导致凝胶化。

为了解决上述问题，最近制造出了包含非常低浓度金属的硅溶胶。但是，二氧化硅浓度约为15％的重量百分比。制造15％或更低重量百分比的硅溶胶会产生如下问题：例如抛光剂的低生产效率和低复合灵活性。这也不适于运输和存储。

关于制造具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶还存在其他问题。与具有大的二氧化硅颗粒的硅溶胶相比，具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶很可能会凝结从而导致溶液的凝胶化。因此，粘度很容易增加，从而很难制造具有小的二氧化硅颗粒的高浓度硅溶胶。

尽管二氧化硅颗粒的尺寸各有不同，但对于具有高浓度、低粘度和高纯度的硅溶胶均有强烈的需求，但是现在尚未制造出能够满足这些条件的硅溶胶。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是，通过防止在制造后的存储步骤中发生粘度增长，提供一种具有长期稳定性和低粘度的高纯度且高浓度的硅溶胶及其制造方法。本发明还要提供一种高纯度且高浓度的硅溶胶及其制造方法，通过向反应液或溶剂置换浓缩液中添加特定浓度的分散剂，尽管硅溶胶中的二氧化硅颗粒尺寸各有不同，仍然能使其不经历粘度增加或凝胶化。

发明人发现具有长期稳定性和低粘度的高纯度且高浓度的硅溶胶可以通过使用分散剂制造，这种分散剂由一种或多种化合物构成，这些化合物可以从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取。分散剂可以被添加到高纯度的硅溶胶中，这种硅溶胶是将醇盐法制造的反应液进行浓缩和溶剂置换而制备的，在醇盐法中，烷氧基硅烷被进行水解和浓缩聚合，据此研发了本发明。

本发明一个实施例涉及一种采用醇盐法制造的硅溶胶，至少包括：分散剂和二氧化硅，其中所述分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～3000ppm；所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；所述硅溶胶的溶剂为水；并且所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

本发明另一实施例涉及所述的硅溶胶，其中：所述二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸(primary particle size)；所述分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～1350ppm。

本发明又一实施例涉及一种硅溶胶的制造方法，包括：(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液；(2)分散剂添加步骤，包括向所述反应液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；(3)浓缩步骤，包括浓缩所述反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从所述步骤(2)获得的反应液中的二氧化硅；以及(4)置换步骤，包括对所述浓缩液进行水置换，使得所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

本发明又一实施例涉及所述的硅溶胶的制造方法，其中：从所述步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸；以及在所述步骤(2)中添加到所述反应液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～30ppm。

本发明又一实施例涉及一种硅溶胶的制造方法，包括：(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液；(2)分散剂添加步骤，包括向所述反应液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；(3)浓缩步骤，包括浓缩所述反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从所述步骤(2)获得的反应液中的二氧化硅；(4)置换步骤，包括对所述浓缩液进行水置换；以及(5)额外的分散剂添加步骤，包括进一步向从所述步骤(4)获得的溶剂置换浓缩液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，并使所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

本发明又一实施例涉及所述的硅溶胶的制造方法，其中：从所述步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸；在所述步骤(2)中添加到所述反应液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～30ppm；以及在所述步骤(5)中进一步添加到所述水置换浓缩液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～1320ppm。

本发明又一实施例涉及所述的硅溶胶的制造方法，其中所述分散剂的分解温度和沸点均等于或高于所述步骤(3)中的浓缩液和/或所述步骤(4)中经水置换的浓缩液的最高温度。

本发明的一个实施例涉及一种采用醇盐法制造的硅溶胶，至少包括分散剂和二氧化硅，其中所述分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～3000ppm，所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；所述硅溶胶的溶剂为水；并且所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

这种硅溶胶具有高浓度、高纯度及低粘度。它具有良好的长期稳定性，在存储步骤中，分散剂不会发生分解或挥发。因此，硅溶胶能够提高抛光时的抛光剂的复合灵活性，以及提高存储/运输的效率。

由于这种硅溶胶包含1ppm或更低的金属杂质，因此当其被用于硅晶圆抛光或者用在CMP步骤中时，金属杂质不会污染如硅晶圆等材料。因此，这种硅溶胶较佳地被用作抛光剂。除了上述的抛光剂的用途以外，这种高纯度硅溶胶还可以较佳地被用于各种其他材料，如电子和光材料。

本发明另一实施例涉及一种硅溶胶，其中：所述二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸，所述分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～1350ppm。

由于这种硅溶胶尽管二氧化硅颗粒尺寸很小，但其浓度高，因此其可以被用于300mm晶圆的终抛光，既提高了平坦性又不会有刮痕。

这种硅溶胶还可以用作设置有显著微型元件的LSI的CMP步骤中的抛光剂。这种具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶具有高精度，能够作为必须具备无刮痕平坦性及微观结构的抛光材料。

本发明又一实施例涉及一种硅溶胶的制造方法，包括：(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液；(2)分散剂添加步骤，包括向所述反应液添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中所述分散剂由一种或多种化合物组成，这些化合从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；(3)浓缩步骤，包括浓缩所述反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从所述步骤(2)中获得的反应液中的二氧化硅；以及(4)置换步骤，包括对所述浓缩液的水置换，使得所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

本方法高效地制造了高浓度、高纯度和低粘度的硅溶胶。通过在浓缩步骤之后对高浓度溶液的水置换，从而可以减少被添加的水的体积。在制造过程中可以节省时间和劳力并可以提高生产效率。

本方法高效地制造了一种包含1ppm或更少金属杂质的高纯度硅溶胶。由于在该硅溶胶中的金属杂质浓度为1ppm或更少，因此，当被用于硅晶圆抛光和CMP步骤中时，如硅晶圆等材料不会被金属杂质污染。因此，被制造的这种硅溶胶较佳地可以作为抛光剂。

本发明又一实施例涉及一种硅溶胶的制造方法，其中：从所述步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸，以及在所述步骤(2)中添加到所述反应液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～30ppm。

根据本方法，尽管二氧化硅颗粒尺寸很小，但所述高浓度硅溶胶仍可以被高效地制造。

本发明又一实施例涉及一种硅溶胶的制造方法，包括：(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液；(2)分散剂添加步骤，包括向所述反应液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；(3)浓缩步骤，包括浓缩所述反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从所述步骤(2)获得的反应液中的二氧化硅；(4)置换步骤，包括对所述浓缩液进行水置换；以及(5)额外分散剂添加步骤，包括进一步向从所述步骤(4)获得的水置换浓缩液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，并使所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

根据本方法，在步骤(5)中额外添加的分散剂防止了存储步骤中的粘度升高，从而使硅溶胶具有高浓度、长期稳定性和低粘度。

根据本方法，具有1ppm或更少金属杂质浓度的高纯度硅溶胶可以被高效地制造。具有这种1ppm或更低金属杂质的硅溶胶不会在硅溶胶用于硅晶圆抛光和CMP步骤中时污染如硅晶圆等材料。因此，该硅溶胶可以较佳地用作抛光剂。

本发明又一实施例为所述硅溶胶制造方法，其中：从所述步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸，在所述步骤(2)中添加到所述反应液中的分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～30ppm，在步骤(5)中进一步添加到所述水置换浓缩液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～1320ppm。

根据本方法，尽管二氧化硅颗粒的尺寸很小，但所述高浓度硅溶胶仍可以被高效地制造。步骤(5)中额外添加的分散剂防止在存储步骤中的粘度升高，并使硅溶胶具有高浓度、长期稳定性和低粘度。

本发明又一实施例涉及一种硅溶胶的制造方法，其中所述分散剂的分解温度和沸点均等于或高于所述步骤(3)中的浓缩液和/或所述步骤(4)中经水置换的浓缩液的最高温度。

在本方法中，分散剂在浓缩和水置换步骤中不发生分解或挥发。因此，分散剂可以高效且连续地工作，从而可以使用具有长期稳定性、低粘度和高浓度的硅溶胶。

上述“高浓度硅溶胶”代表一种硅溶胶，其二氧化硅浓度高于硅溶胶反应液的二氧化硅浓度，其中的硅溶胶反应液是采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合而得到的。由于被视为“高浓度”的浓度随着颗粒尺寸和形状而改变，该浓度不是特定的，但包含30％或更高重量百分比的二氧化硅的硅溶胶被视为高浓度硅溶胶。具体地，当硅溶胶包含具有20nm或更小的一次颗粒尺寸的二氧化硅时，包含20％或更高重量百分比的二氧化硅的硅溶胶被视为高浓度硅溶胶。

随着硅溶胶中的二氧化硅浓度的升高，有利于降低运输和存储的成本。

上述“低粘度硅溶胶”代表具有1000cSt或更低动粘度的硅溶胶，较佳地为100cSt或更低。具有超过1000cSt动粘度的硅溶胶不好，因为其会降低生产效率，例如，过滤和填充需要更多的时间。

在硅溶胶的长期稳定性方面，有助于使动粘度在存储步骤中不会快速升高，在60℃下保持在100cSt或更低长达30天或更久。

附图说明

图1表示在制造过程中获得的反应液和溶剂置换浓缩液的物理属性及实例1～9和对比实例1～9各步骤后的制品的物理属性。

具体实施方式

本发明的硅溶胶包括：通过对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合而制备的反应液中的硅溶胶，通过浓缩反应液而制备的浓缩液中的硅溶胶，及通过水或其他置换物对浓缩液进行溶剂置换而制备的溶液中的硅溶胶。但是，以下，将通过水或其他置换物对浓缩液进行溶剂置换而制备的制品被称为硅溶胶，对发明进行说明。

醇盐法是一种包括对烷氧基硅烷，如正硅酸甲酯(TMOS)和正硅酸乙酯(TEOS)，进行水解和浓缩聚合的方法，以获得硅溶胶，其中非结晶二氧化硅颗粒被分散在水中或亲水有机溶剂中。根据本方法，可以制造出包含极少金属杂质的高纯度硅溶胶。

本发明的硅溶胶至少包括分散剂和二氧化硅。

首先解释分散剂。

本发明的分散剂使二氧化硅颗粒稳定地分散到硅溶胶中的分散介质中。硅溶胶中存在的分散剂加强了二氧化硅颗粒表面的离子之间的排斥，可以预见这会导致硅溶胶的稳定分散。具体地，二氧化硅凝结的消失降低了硅溶胶的总体粘度，从而可以改进过滤性。

关于本发明的分散剂可以使用任何具有60℃或更高分解温度和沸点的无机酸、无机酸盐、有机酸或有机酸盐。以下举例说明。这些分散剂可以被单独使用或组合使用。

无机酸包括：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、亚磷酸、次磷酸、烷基磷酸酯、硼酸、焦磷酸、氟硼酸、四氟硼酸、六氟磷酸、苯磺酸和萘磺酸，其中较佳地为硫酸和硝酸。

无机酸盐包括无机铵盐，如：硫酸铵，盐酸铵，硝酸铵，磷酸一铵，磷酸二氢铵和八水硼酸铵，其中较佳地为硫酸铵和硝酸铵。

有机酸包括：柠檬酸、草酸、苹果酸、马来酸、酒石酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、琥珀酸、丙二酸、富马酸、邻苯二甲酸、甲酸、乙酸、丙 酸、丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、3，3-二甲基丁酸、2-乙基丁酸、4-甲基戊酸、正庚酸、2-甲基己酸，正辛酸、2-乙基己酸、安息香酸、羟基乙酸、水杨酸、甘油酸和乳酸，其中较佳地为柠檬酸和安息香酸。

有机酸盐包括有机铵盐，如：安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵、一水合草酸铵、甲酸铵、水杨酸铵、己二酸铵、醋酸铵和四甲基柠檬酸铵，其中较佳地为安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵及四甲基柠檬酸铵。

在上述化合物中，最好选用有机酸和有机酸盐。最佳的分散剂为：柠檬酸、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵、安息香酸铵和四甲基柠檬酸铵。这些分散剂在浓缩步骤中不分解，有利于保持硅溶胶的低粘度，因为他们具有低动粘度并且不发生挥发。

具有60℃或更高分解温度和沸点的分散剂被采用。相反，具有低分解温度和沸点的分散剂在高温条件下的存储步骤中被分解或汽化，例如在夏天。为了防止分解和挥发，分散剂的分解温度和沸点应当均为60℃或更高。

较佳地是，分散剂的分解温度和沸点均等于或高于在步骤(3)中浓缩反应液的浓缩过程(步骤(3)如下所描述)中的浓缩液或在步骤(4)中对浓缩液进行溶剂置换的溶剂置换过程(步骤(4)如下所描述)中的浓缩液的最高温度。最佳地是，分散剂的分解温度和沸点均大于步骤(3)和(4)中溶液的最高温度。

‘在步骤(3)中浓缩反应液的浓缩过程中的最高温度’表示在步骤(3)中从步骤(2)获得的反应液的温度变化中的最高温度。类似地，‘在步骤(4)中对浓缩液进行溶剂置换的溶剂置换过程中的最高温度’表示在步骤(4)中从步骤(3)获得的浓缩液的温度变化中的最高温度。

当分散剂的分解温度和沸点高于浓缩和溶剂置换步骤中的最高温度时，分散剂在浓缩和溶剂置换步骤中不发生分解或挥发，从而防止了分散剂效力的下降。

当有机酸和无机酸被作为分散剂添加时，较佳地保持硅溶胶的pH值为6.9或更高，以防止当pH值小于6.9时发生凝结。

最好使分散剂不包含如碱金属盐等金属化合物。这种分散剂能够避免高纯度硅溶胶中的金属杂质浓度升高。最好还使分散剂包含尽可能少的不作为金属化合物的金属。更好地是使金属含量为1ppm或更少。当使用这种分散剂而制造的高纯度硅溶胶用作抛光剂时，金属杂质不会污染晶圆表面。

应当被认为是杂质的金属包括：钠、钾、铁、铝、镁和钙，但最好包括所有这些金属。

分散剂可以在本发明制造方法的任何步骤中添加。因此，其可以在反应前或反应中被添加；在浓缩前和浓缩中被添加；或在置换前、置换中和置换后被添加。但是，如下所述，分散剂最好被添加到采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合而制备的反应液中。这可以避免后续步骤中的粘度升高和凝胶化，以促进高效浓缩。

如下所述，将分散剂添加到反应液中，进行溶剂置换，进而高效制造高浓度硅溶胶之后，最好要向其中添加额外的分散剂，以改进长期稳定性。

硅溶胶中分散剂相对于二氧化硅的较佳浓度为10～3000ppm，但更好的为30～1200ppm。

这是因为，具有高于3000ppm分散剂浓度的硅溶胶不再有利于改进分散稳定性，并且使用起来不经济。而且，当这种硅溶胶被用作抛光剂时，由于分散剂的这种含量，硅溶胶可能会污染晶圆表面。因此，最好不要使分散剂浓度高于3000ppm。

当分散剂浓度低于10ppm时，分散剂可能会无法发挥效力，因此也是不推荐的。

其次，对二氧化硅进行解释。

二氧化硅的颗粒尺寸表示为由通过氮吸收法(BET法)测量的具体表面面积计算得到的平均颗粒尺寸(以下描述为“一次颗粒尺寸”)，及由通过 光散射法(使用大塚电子公司制的ELS-8000作为测量设备)测量的具体表面面积计算得到的平均颗粒尺寸(以下被描述为“二次颗粒尺寸(secondaryparticle size)”)。

具有小颗粒尺寸二氧化硅的硅溶胶具有广阔的用途，并且被很好地利用。但是，当二氧化硅颗粒尺寸很小时，每单位体积包含的颗粒数量很高，这很容易会引起凝结并降低稳定性。本发明提供一种非凝结的高浓度且稳定的硅溶胶，尽管包含的二氧化硅颗粒具有300nm或更小的一次颗粒尺寸，具体地为10～220nm。

再次，对二氧化硅的分散剂和一次颗粒尺寸进行解释。

当本发明的二氧化硅的一次颗粒尺寸超过20nm时，最好使硅溶胶中相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm。从而可以制造具有30％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的高浓度硅溶胶。

当本发明二氧化硅的一次颗粒尺寸为20nm或更小时，最好使相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～1350ppm。从而可以制造具有20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的高浓度硅溶胶，尽管二氧化硅的一次颗粒尺寸很小。

再次，对本发明硅溶胶的制造方法进行解释。

本发明硅溶胶的制造方法包括如下所述的步骤(1)到(4)。

(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液。

(2)分散剂添加步骤，包括向反应液添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中分散剂由一种或多种化合物组成，这些化合物从无机酸、无机酸盐、有机酸和有机酸盐中选取，其分解温度和沸点均为60℃或更高。

(3)浓缩步骤，包括浓缩反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从步骤(2)获得的反应液中的二氧化硅。

(4)置换步骤，包括对浓缩液进行溶剂置换，使得硅溶胶具有20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

步骤(1)为反应步骤，其中采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以制备硅溶胶反应液。

步骤(1)的醇盐法中，使用烷氧基硅烷，如TMOS和TEOS，作为材料。由烷氧基硅烷制造的硅溶胶反应液最好是使其金属含量，如钠、钾、铁、铝、镁和钙的含量很低。

采用醇盐法制备硅溶胶反应液在制造高纯度硅溶胶时是必不可少的。

步骤(2)为分散剂添加步骤，其中分散剂由一种或多种化合物组成，这些化合物从无机酸、无机酸盐、有机酸和有机酸盐中选取，其分解温度和沸点均为60℃或更高，该分散剂被添加到从步骤(1)获得的反应液中，直到相对于二氧化硅的分散剂浓度达到10～3000ppm。

最好使本步骤中添加的分散剂的分解温度和沸点等于或高于步骤(3)中浓缩的溶液或步骤(4)中的经溶剂置换的浓缩液的最高温度，更好地是，高于这两个步骤的最高温度。当分散剂的分解温度和/或沸点低于这两个步骤的最高温度时，分散剂在浓缩或置换步骤中被分解，从而引起硅溶胶的粘度上升或凝胶化。

步骤(3)为浓缩步骤，其中从步骤(2)获得的反应液被浓缩得到浓缩液，使得该浓缩液的二氧化硅浓度高于反应液的二氧化硅浓度。

步骤(3)使用的浓缩方法不作限定，但描述了加热浓缩法和膜浓缩法。具体地，该加热浓缩法一边加入与反应液中的蒸发量相等的反应液，一边通过加热对反应液进行浓缩。膜浓缩法使用超滤作用。任何一种方法均可以用于高浓度硅溶胶的简单的、经济的工业制造。

当使用膜浓缩法时，硅溶胶可以采用如下步骤顺序进行制造，‘(A)反应步骤，(B)浓缩步骤(加热浓缩)，(C)置换步骤，(D)分散剂添加步骤，及(E)浓缩步骤(膜浓缩)’，而并不采用如下步骤顺序进行制造，‘(1)反 应步骤，(2)分散剂添加步骤，(3)浓缩步骤，及(4)置换步骤’。在反应步骤(1)和(A)、分散剂添加步骤(2)和(D)及置换步骤(4)和(C)中分别进行的反应大致都是相同的。浓缩步骤(5)使用加热浓缩法，而步骤(E)使用膜浓缩法。

步骤(4)为置换步骤，其中从步骤(3)获得的浓缩液经过溶剂置换，从而获得具有20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的硅溶胶。步骤(4)中使用的溶剂最好使用水，因为其具有最佳的通用多能性，但也可以使用其他亲水溶剂。

以下解释每个步骤中的二氧化硅的一次颗粒尺寸和分散剂浓度。

当从步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅的一次颗粒尺寸超过20nm时，最好使在步骤(2)中添加的分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～3000ppm。使用这种制造方法，可以高效地制造具有30％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的高浓度、高纯度和低粘度的硅溶胶。

当从步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅的一次颗粒尺寸为20nm或更小时，最好使在步骤(2)中添加的分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～30ppm。使用这种制造方法，可以高效地制造具有20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的高浓度、高纯度和低粘度的硅溶胶，尽量此时二氧化硅的一次颗粒尺寸很少。

由上述步骤(1)至(4)制备的硅溶胶具有如下特性。

这种硅溶胶为高浓度、低粘度和高纯度的硅溶胶，具有优良的稳定性并能长期存储。由于在制造过程中可以节省时间和劳力，从而可以提高这种硅溶胶的生产效率。这种硅溶胶具有高浓度，即当二氧化硅的一次颗粒尺寸大于20nm时，该二氧化硅浓度为30％或更高的重量百分比。其二氧化硅浓度为20％或更高的重量百分比，当二氧化硅的一次颗粒尺寸为20nm或更小时。除此之外，硅溶胶的金属杂质为1ppm或更少。因此，当这种硅溶胶被用于硅晶圆抛光和CMP步骤中时，如硅晶圆等材料不会被金属杂质污 染。更进一步地，该硅溶胶具有低粘度。具体地，其动粘度为1000cSt或更低，最好为100cSt或更低。

本发明除了步骤(1)至(4)，还可以执行以下描述的步骤(5)。

(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液。

(2)分散剂添加步骤，包括向反应液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中分散剂由一种或多种化合物组成，这些化合物从无机酸、无机酸盐、有机酸和有机酸盐中选取，其分解温度和沸点均为60℃或更高。

(3)浓缩步骤，包括浓缩反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从步骤(2)获得的反应液中的二氧化硅。

(4)置换步骤，包括对浓缩液进行溶剂置换。

(5)额外的分散剂添加步骤，包括进一步向从步骤(4)获得的溶剂置换浓缩液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，并使硅溶胶具有20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

例如，当分散剂的分解温度低于在制造过程的溶液的最高温度，或者当添加的分散剂的量很小时，最好执行步骤(5)。通过在步骤(5)中引入额外的分散剂，可以制造出具有长期存储稳定性的优良的硅溶胶。

当在步骤(1)中制备的反应液中的二氧化硅的一次颗粒尺寸为20nm或更小时，最好使步骤(2)中添加的分散剂的相对于二氧化硅的浓度为10～30ppm，并且在步骤(5)中引入的额外的分散剂的浓度为10～1320ppm。使用这种制造方法，可以高效地制造具有20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的高浓度、低粘度和高纯度的硅溶胶，尽管此时的二氧化硅的一次颗粒尺寸很小。

可以在本发明的硅溶胶中添加过氧化氢作为抗菌剂以防止微生物生长。过氧化氢可以长期抑制微生物的生长。由于包含在硅溶胶中的金属杂 质会分解过氧化氢，因此最好不向具有高浓度金属杂质的硅溶胶中添加过氧化氢。过氧化氢可以被适当地用作具有低金属杂质浓度的硅溶胶中的抗菌剂，具体为1ppm或更少。

本发明的分散剂相对于二氧化硅的浓度范围(尤其为10～30ppm和10～1350ppm)是由发明人经过实验而确立的，而其基础未必明确。根据发明人的推断，二氧化硅颗粒的表面电势随着所添加的分散剂的量而变化。当添加一定量的分散剂时，表面电势保持在溶胶状态。当浓度偏离了上述范围时，电势平衡被破坏从而导致凝胶化。该理论尚未被确定，研究还在进行之中。

实例

以下通过举例来解释本发明，但本发明并不限于这些实例。

实例1～7和对比实例1和2中所示的硅溶胶，根据加热浓缩法，通过使用具有超过20nm的一次颗粒尺寸的二氧化硅颗粒而被制备。

[实例1]

(1)反应步骤

以3∶1的体积比混合TMOS和甲醇来制备原料溶液。通过在反应皿中混合甲醇、纯水和氨水来制备反应溶剂。反应溶剂中的水和氨水的浓度分别为15％和1％重量百分比。

1体积的原料溶液在20℃反应温度下，以恒定速率滴注25分钟进行搅拌而被添加到9体积的反应溶剂中。TMOS被进行水解和浓缩聚合，从而获得硅溶胶反应液(一次颗粒尺寸：32.1nm，二次颗粒尺寸：74.8nm，二氧化硅浓度：3.5％重量百分比)。

(2)分散剂添加步骤

分散剂以相对于二氧化硅的浓度为660ppm被添加到从反应步骤(1)获得到的反应液中。安息香酸铵被用作分散剂。

(3)浓缩步骤

从分散剂添加步骤(2)获得的反应液取8L添加到10L的4颈烧瓶中。溶液通过加热浓缩法(添加与加热而产生的蒸发量相等体积的从步骤(2)获得的反应液)被浓缩为具有30％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的浓缩液，并进行搅拌。

(4)置换步骤

超纯水被用作溶剂，以实现浓缩液的溶剂置换。

从浓缩步骤(3)获得的浓缩液被进一步地加热并进行搅拌，添加与浓缩液的蒸发量等体积的超纯水以保持恒定的液体表面水平。当烧瓶中的液体温度和pH值分别达到100℃和7.4或更低时，则完成了置换步骤。

(5)额外的分散剂的添加步骤

分散剂进一步地以相对于二氧化硅的浓度为660ppm被添加到从置换步骤(4)中获得的浓缩液中。安息香酸铵被用作分散剂。还添加相对于二氧化硅的浓度为20ppm的过氧化氢作为抗菌剂。然后溶液通过3μm膜过滤器的进行过滤，从而获得硅溶胶。在步骤(2)和(5)中添加分散剂导致硅溶胶相对于二氧化硅的分散剂浓度为1320ppm。这种硅溶胶被指定为实例1。

[实例2]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为33.0和74.0nm，在从步骤(1)获得的硅溶胶反应液的二氧化硅浓度为3.4％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对二氧化硅的浓度为1000ppm的分散剂。安息香酸铵被用作分散剂。其他过程如实例1中的步骤(1)至(5)所述。

[实例3]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为33.0和74.0nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.4％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为330ppm的分散剂。柠檬酸被用作分散剂。其他过程如实例1中的步骤(1)至(5)所述。

[实例4]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为32.1和74.8nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为660ppm的分散剂。柠檬酸被用作分散剂。其他过程如实例3中的步骤(1)至(5)所述。

[实例5]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为33.0和74.0nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.4％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为500ppm的分散剂。三柠檬酸三铵被用作分散剂。其他过程如实例1中的步骤(1)至(5)所述。

[实例6]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为33.0和74.0nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.4％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为600ppm的分散剂。己二酸铵被用作分散剂。其他过程如实例1中的步骤(1)至(5)所述。

[实例7]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为33.0和74.0nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.4％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为750ppm的分散剂。四甲基柠檬酸铵被用作分散剂。其他过程如实例1中的步骤(1)至(5)所述。

[对比实例1]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为32.1和74.8nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中不添加分散剂。在步骤(3)中，该溶液被浓缩为19.5％重量百分比的二氧化硅浓度。其他过程如实例1中的步骤(1)至(5)所述。当在步骤(3)中，溶液被浓缩为20％或更高重量百分比的浓度时，粘度增加，从而无法制备高浓度硅溶胶。

[对比实例2]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为32.1和74.8nm，，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为660ppm的分散剂。碳酸氢铵被用作分散剂。其他过程如实例1中的步骤(1)至(3)所述。在步骤(3)发生凝胶化，从而无法完成与水的置换。当凝胶化发生时，烧瓶中的液体温度为97℃。

如下所述，根据加热浓缩法，使用具有20nm或更小一次颗粒尺寸的二氧化硅颗粒制备实例8和对比实例3～7中的硅溶胶。

[实例8]

(1)反应步骤

以3∶1的体积比混合TMOS和甲醇来制备原料溶液。通过在反应皿中混合甲醇、纯水和氨水来制备反应溶剂。反应溶剂中的水和氨水的浓度分别为15％和0.55％重量百分比。

1体积的原料溶液在20℃反应温度下，以恒定速率滴注150分钟进行搅拌而被添加到9体积的反应溶剂中。TMOS被进行水解和浓缩聚合，从而获得硅溶胶反应液(一次颗粒尺寸：11.8nm，二次颗粒尺寸：23.8nm，二氧化硅浓度：3.5％重量百分比)。

(2)分散剂添加步骤

分散剂以相对于二氧化硅的浓度为20ppm被添加到从反应步骤(1)获得到的反应液中。柠檬酸被用作分散剂。

(3)浓缩步骤

从分散剂添加步骤(2)获得的反应液取8L添加到10L的4颈烧瓶中。溶液通过加热浓缩法被浓缩为具有20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度的浓缩液，并进行搅拌。

(4)置换步骤

超纯水被用作溶剂，以实现浓缩液的溶剂置换。

从浓缩步骤(3)获得的浓缩液被进一步地加热并进行搅拌，添加与浓缩液的蒸发量等体积的超纯水以保持恒定的液体表面水平。当烧瓶中的液体温度和pH值分别达到100℃和7.4或更低时，则完成了置换步骤。

(5)额外的分散剂添加步骤

分散剂进一步地以相对于二氧化硅的浓度为280ppm被添加到从置换步骤(4)中获得的浓缩液中。柠檬酸被用作分散剂。还添加相对于浓缩液的浓度为20ppm的过氧化氢作为抗菌剂。然后溶液通过3μm膜过滤器的进行过滤，从而获得硅溶胶。在步骤(2)和(5)中添加分散剂导致硅溶胶相对于二氧化硅的分散剂浓度为300ppm。这种硅溶胶被指定为实例8。

[对比实例3]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为11.8和23.7nm，在从步骤(1)获得的硅溶胶反应液的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对二氧化硅的浓度为8ppm的分散剂。柠檬酸被用作分散剂。其他过程如实例8中的步骤(1)至(4)所述。在步骤(4)中发生凝胶化，从而无法完成与水的置换。

[对比实例4]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为11.8和23.8nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为40ppm的分散剂。柠檬酸被用作分散剂。其他过程如实例8中的步骤(1)至(4)所述。在步骤(4)中发生凝胶化，从而无法完成与水的置换。

[对比实例5]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为11.7和23.8nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为82.5ppm的分散剂。柠檬酸被用作分散剂。 其他过程如实例8中的步骤(1)至(4)所述。在步骤(4)中发生凝胶化，从而无法完成与水的置换。

[对比实例6]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为11.7和23.7nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为330ppm的分散剂。柠檬酸被用作分散剂。其他过程如实例8中的步骤(1)至(4)所述。在步骤(4)中发生凝胶化，从而无法完成与水的置换。

[对比实例7]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为11.7和23.7nm，从步骤(1)中获得的硅溶胶反应液中的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(2)中，添加相对于二氧化硅的浓度为660ppm的分散剂。柠檬酸被用作分散剂。其他过程如实例8中的步骤(1)至(4)所述。在步骤(4)中发生凝胶化，从而无法完成与水的置换。

如下所述，根据膜浓缩法，使用具有超过20nm一次颗粒尺寸的二氧化硅颗粒制备实例9和对比实例8、9中的硅溶胶。

[例9]

(A)反应步骤

以3∶1的体积比混合TMOS和甲醇来制备原料溶液。通过在反应皿中混合甲醇、纯水和氨水来制备反应溶剂。反应溶剂中的水和氨水的浓度分别为15％和1％重量百分比。

1体积的原料溶液在20℃反应温度下，以恒定速率滴注25分钟进行搅拌而被添加到9体积的反应溶剂中。TMOS被进行水解和浓缩聚合，从而获得硅溶胶反应液(一次颗粒尺寸：32.1nm，二次颗粒尺寸：74.8nm，二氧化硅浓度：3.5％重量百分比)。

(B)浓缩步骤(加热浓缩)

从反应步骤(A)获得的硅溶胶反应液取8L添加到10L的4颈烧瓶中。并且通过加热浓缩法(添加与加热而产生的蒸发量相等体积的从步骤(A)获得的反应液)被浓缩为具有19.5％重量百分比的高二氧化硅浓度的浓缩液，并进行搅拌。

(C)置换步骤

超纯水被用作溶剂，以实现浓缩液的溶剂置换。

从浓缩步骤(B)获得的浓缩硅溶胶溶液取8L添加到10L的4颈烧瓶中。在搅拌加热时，添加与加热产生的蒸发量等体积的超纯水以保持恒定的液体表面水平。当烧瓶中的液体温度和pH值分别达到100℃和7.4或更低时，则完成了置换步骤。

(D)分散剂添加步骤

分散剂以相对于二氧化硅的浓度为750ppm的被添加到从置换步骤(C)制备的置换液中。四甲基柠檬酸铵被用作分散剂。

(E)浓缩步骤(膜浓度)

在步骤(D)中添加分散剂后，制备8L用水置换的置换硅溶胶溶液。通过使用用于分离6000分子量的超过滤膜在40℃的液体温度进行循环，以浓缩该溶液。在浓缩后溶液被冷却，过氧化氢作为抗菌剂以相对于制备的硅溶胶的浓度为20ppm的被添加到包含35％重量百分比的二氧化硅的硅溶胶中。然后通过3μm膜过滤器过滤硅溶胶，该硅溶胶被指定为实例9。

[对比实例8]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为32.1和74nm，在从步骤(A)获得的硅溶胶反应液的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。在步骤(D)中未添加分散剂。其他过程如实例9中的步骤(A)至(E)所述。步骤(E)中的膜浓缩过程中发生凝胶化，使得硅溶胶不能被完全浓缩以达到高浓度。

当发生凝胶化时，二氧化硅浓度为28.5％重量百分比。

[对比实例9]

一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为32.1和74.5nm，在从步骤(A)获得的硅溶胶反应液的二氧化硅浓度为3.5％重量百分比。步骤(D)中，分散剂以相对于二氧化硅的浓度为2250ppm被添加到多个分开的阶段中。碳酸氢铵被用作分散剂。其他过程如实例9中的步骤(A)至(E)所述。

图1显示了反应液、与水进行溶剂置换后的溶剂置换浓缩液及实例1～9和对比实例1～9的制品的物理特性。具体地，他们包括：反应液中的二氧化硅浓度和颗粒尺寸，被添加到反应液中的分散剂的类型和量，与水进行溶剂置换后的溶剂置换浓缩液的二氧化硅浓度和动粘度，与水进行置换后添加的分散剂的类型和量，所添加的过氧化氢的量，制品中的二氧化硅的重量、颗粒尺寸、动粘度、pH值、过滤量和金属杂质。

上述制品表示从步骤(5)或(E)获得的硅溶胶。

过滤量表示每10分钟通过具3μm孔尺寸的4.7φ膜过滤器的量。

由于在对比实例2～8中的凝胶化，没有制品产生，因此没有表示这些制品的物理属性。

如图1所示，硅溶胶包括：安息香酸铵、柠檬酸、柠檬酸三铵、己二酸铵或四甲基柠檬酸铵，作为分散剂，尽管二氧化硅浓度为30％或更高重量百分比，它们仍具有低粘度，并具有长期的存储稳定性。进一步地，硅溶胶的金属杂质浓度很低。

当二氧化硅的一次颗粒尺寸为20nm或更小时，柠檬酸以相对于二氧化硅的20ppm被添加，硅溶胶表现出低粘度，尽管二氧化硅浓度高于20％重量百分比。

对在实例1至7和9及对比实例1和9制备的制品进行热稳定性测试。这些制品在表1所示的存储条件下被存储。经过存储后，测量pH值、二次颗粒尺寸和动粘度。测试结果如表1所示。

表1

	实例1	实例2	实例3	实例4	实例5	实例6	实例7	实例9	对比实   例1	对比实   例9
											存储条  件	60℃  14天	60℃  30天	60℃  30天	60℃  30天	60℃  14天	60℃  30天	60℃  30天	60℃  14天	60℃  14天	60℃  14天
pH值	7.3	6.9	77	7.2	7.2	7.1	7.2	7.1	6.9	7.1
											二次颗  粒尺寸  (nm)	67.6	69	69.8	70.4	69.3	68.1	67	69.3	69.1	68.3
动粘度  (cSt)	6.4	5.2	5.8	3.7	5.2	5	8.5	8.1	1520	38.5

如表1所示，对于对比实例9的制品，动粘度增加，以60℃存储60天后凝胶化被确定。基于这一发现，最好使用无机酸盐、无机酸、有机酸、有机酸盐(除碳酸氢铵以外)作为本发明的分散剂。可以使用碳酸氢铵制备浓缩硅溶胶，但其长期存储稳定性很差。相反，使用四甲基柠檬酸铵的实例9的制品具有优良的长期存储稳定性。

Claims (10)

1.一种采用醇盐法制造的硅溶胶，至少包括：

分散剂和二氧化硅，其中

所述分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～3000ppm；

所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；

所述硅溶胶的溶剂为水；

所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

2.根据权利要求1所述的硅溶胶，其中：

所述二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸；

所述分散剂相对于二氧化硅的浓度为10～1350ppm。

3.一种硅溶胶的制造方法，包括：

(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液；

(2)分散剂添加步骤，包括向所述反应液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；

(3)浓缩步骤，包括浓缩所述反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从所述步骤(2)获得的反应液中的二氧化硅；以及

(4)置换步骤，包括对所述浓缩液进行水置换，使得所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

4.根据权利要求3所述的硅溶胶的制造方法，其中：

从所述步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅具有20nm或更小的一次颗 粒尺寸；以及

在所述步骤(2)中添加到所述反应液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～30ppm。

5.一种硅溶胶的制造方法，包括：

(1)反应步骤，包括采用醇盐法对烷氧基硅烷进行水解和浓缩聚合，以获得硅溶胶的反应液；

(2)分散剂添加步骤，包括向所述反应液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，其中所述分散剂由一种或多种化合物组成，所述化合物从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取；

(3)浓缩步骤，包括浓缩所述反应液，以获得浓缩液，其中包含的二氧化硅等于或多于从所述步骤(2)获得的反应液中的二氧化硅；

(4)置换步骤，包括对所述浓缩液进行水置换；以及

(5)额外的分散剂添加步骤，包括进一步向从所述步骤(4)获得的水置换浓缩液中添加分散剂，使得相对于二氧化硅的分散剂浓度为10～3000ppm，并使所述硅溶胶具有1ppm或更低的金属杂质浓度及20％或更高重量百分比的二氧化硅浓度。

6.根据权利要求5所述的硅溶胶的制造方法，其中：

从所述步骤(1)获得的反应液中的二氧化硅具有20nm或更小的一次颗粒尺寸；

在所述步骤(2)中添加到所述反应液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～30ppm；以及

在所述步骤(5)中进一步添加到所述水置换浓缩液中的分散剂相对于所述二氧化硅的浓度为10～1320ppm。

7.根据权利要求3所述的硅溶胶的制造方法，其中所述分散剂的分解温度和沸点均等于或高于所述步骤(3)中的浓缩液和/或所述步骤(4)中经 水置换的浓缩液的最高温度。

8.根据权利要求4所述的硅溶胶的制造方法，其中所述分散剂的分解温度和沸点均等于或高于所述步骤(3)中的浓缩液和/或所述步骤(4)中经水置换的浓缩液的最高温度。

9.根据权利要求5所述的硅溶胶的制造方法，其中所述分散剂的分解温度和沸点均等于或高于所述步骤(3)中的浓缩液和/或所述步骤(4)中经水置换的浓缩液的最高温度。

10.根据权利要求6所述的硅溶胶的制造方法，其中所述分散剂的分解温度和沸点均等于或高于所述步骤(3)中的浓缩液和/或所述步骤(4)中经水置换的浓缩液的最高温度。 

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