CS239298B1

CS239298B1 - Process for producing colloidal silicon dioxide

Info

Publication number: CS239298B1
Application number: CS842028A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Novotny; Jiri Socha; Jiri Dolezal
Original assignee: Miloslav Novotny; Jiri Socha; Jiri Dolezal
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1984-03-21
Publication date: 1986-01-16
Also published as: CS202884A1

Abstract

Řešení se týká způsobu výroby koloidního kysličníku křemičitého. Tento se vyrobí tak, že se koloidní kysličník křemičitý s obsahem 25 až 34 % hmotnosti SÍO2, 0,1 až 0,5 % hmotnostlNa20 a s velikostí částic 6 až 20 nm nejdříve deionizuje pomocí silně kyselého katexu a potom pomocí slabě bazického anexu na kyselý sol. U toho se nejdříve upraví vodivost roztokem dusičnanu amonného nebo kyselinou dusičnou a potom se provede alkalizace roztokem hydroxidu amonného až do pH 9 až 10,5.The solution relates to a method for producing colloidal silica. This is produced by first deionizing colloidal silica with a content of 25 to 34% by weight of SiO2, 0.1 to 0.5% by weight of Na2O and a particle size of 6 to 20 nm using a strongly acidic cation exchange resin and then using a weakly basic anion exchange resin to form an acid sol. In this case, the conductivity is first adjusted with ammonium nitrate solution or nitric acid and then alkalization is carried out with ammonium hydroxide solution to a pH of 9 to 10.5.

Description

Vynález se týká způsobu výroby koloidního kyseličníku křemičitého. S rozvojem moderní elektroniky jsou kladeny nové požadavky na leštění křemíkových desek používaných k výrobě polovodičů.The invention relates to a method for producing colloidal silica. With the development of modern electronics, new requirements are placed on the polishing of silicon wafers used for the production of semiconductors.

Původně používaná suspenze kysličníku chromitého byla postupně nahrazována různými typy koloidních roztoků kysličníku křemičitého. Jako výhodnější se jeví použití koloidního kysličníku křemičitého vyrobeného způsobem podle vynálezu, jehož podstata výroby spočívá v tom, že se koloidní kysličník křemičitý o složení 25 až 34 % hmotnosti SiO_, 0,1 až 0,5 % hmotnosti Na^O, měrné hmotnosti 1 175 až l 250 kg/m , pH 8 až 10,5 a s velikostí částic 6 až 20 nm nejdříve deionizuje pomocí silně kyselého katexu v H⁺ formě a následně pomocí slabě bazického anexu v OH formě na kyselý sol kysličníku křemičitého mající pH 3 až 6,8 a měrnou vodivost 100 až 800 /iS, u kterého se nejdříve upraví vodivost přídavkem 0,07 až 0,17 % hmotnosti dusičnanu amonného nebo kyseliny dusičné vyjádřeno jako stoprocentní dusičnan amonný a stoprocentní kyselina dusičná a po dosažení vodivosti 1 až 8 mS se provede alkalizace 20 až 30% roztokem hydroxidu amonného do pH 9 až 10,5.The originally used chromium oxide suspension was gradually replaced by various types of colloidal silicon dioxide solutions. The use of colloidal silicon dioxide produced by the method according to the invention appears to be more advantageous, the essence of the production of which consists in the fact that colloidal silicon dioxide with a composition of 25 to 34% by weight of SiO_, 0.1 to 0.5% by weight of Na^O, specific gravity of 1,175 to 1,250 kg/m , pH of 8 to 10.5 and particle size of 6 to 20 nm is first deionized using a strongly acidic cation exchange in the H ⁺ form and subsequently using a weakly basic anion exchange in the OH form to an acidic sol of silicon dioxide having a pH of 3 to 6.8 and a specific conductivity of 100 to 800 /iS, in which the conductivity is first adjusted by adding 0.07 to 0.17% by weight of ammonium nitrate or nitric acid expressed as one hundred percent ammonium nitrate and one hundred percent nitric acid and after achieving a conductivity of 1 to 8 mS is alkalized with a 20 to 30% ammonium hydroxide solution to pH 9 to 10.5.

Při použití koloidního kysličníku křemičitého vyrobeného postupem podle vynálezu je dosahováno ve srovnání s doposud používanými prostředky vyššího úběru při leštění křemíkových desek.When using colloidal silicon dioxide produced by the process according to the invention, higher removal rates are achieved when polishing silicon wafers compared to the means used so far.

V aparaturním uspořádání je možno celý postup realizovat tak, že se koloidní 'kysličník křemičitý nejdříve deionizuje na katexové koloně a potom na anexové koloně na kyselý sol kysličníku křemičitého, ke kterému se v nerezové nebo skleněné míchačce přidá 0,07 až 0,17 % hmot. dusičnanu amonného nebo kyseliny dusičné pro úpravu vodivosti.In the apparatus arrangement, the entire procedure can be implemented in such a way that colloidal silicon dioxide is first deionized on a cation exchange column and then on an anion exchange column to an acid sol of silicon dioxide, to which 0.07 to 0.17 wt. % of ammonium nitrate or nitric acid is added in a stainless steel or glass mixer to adjust the conductivity.

Dusičnan amonný se přidává jako 20 až 30% roztok v deionizované nebo destilované vodě a kyselina dusičná o koncentraci 40 až 70 %. Po úpravě vodivosti na 1 až 8 mS se v téže míchačce provede alkalizace přidáním 20 až 30% roztoku hydroxidu amonného, až je dosaženo pH 9 až 10,5.Ammonium nitrate is added as a 20 to 30% solution in deionized or distilled water and nitric acid at a concentration of 40 to 70%. After adjusting the conductivity to 1 to 8 mS, alkalization is carried out in the same mixer by adding 20 to 30% ammonium hydroxide solution until a pH of 9 to 10.5 is reached.

Způsobem podle vynálezu se připraví koloidní kysličník křemičitý o složení 25 až 34 % hmot. SÍO2, 0,07 až 0,6 % hmot. NH^, měrné hmotnosti 1 162 až 1 240 kg/m³, viskozitě 3 až 8 mPas, pH 9 až 10,5 a s velikostí částic 6 až 20 nm.The method according to the invention produces colloidal silicon dioxide with a composition of 25 to 34 wt. % SiO2, 0.07 to 0.6 wt. % NH^, specific gravity of 1,162 to 1,240 kg/ ^m3 , viscosity of 3 to 8 mPas, pH of 9 to 10.5 and particle size of 6 to 20 nm.

Koloidní kysličník křemičitý vyrobený tímto způsobem je hlavně použitelný k leštění křemíkových desek a k úpravě grafitové suspenze, používané při výrobě televizních obrazovek.Colloidal silica produced in this way is mainly useful for polishing silicon wafers and for modifying graphite suspension used in the production of television screens.

Přikladl ’Example

Koloidní kysličník křemičitý o složení 30,95 % hmot. SiO₂, 0,28 % hmot. Na₂0, hustotě 1 218 kg/m³, pH 9,5 as velikostí částic 10,15 nm byl nejdříve deionizován na katexové koloně s náplní silně kyselého katexu Ostion KS v H⁺ formě a potom na anexové koloně s náplní slabě bazického anexu Ostion AMP v OH^- formě.Colloidal silica with a composition of 30.95 wt. % SiO ₂ , 0.28 wt. % Na ₂ 0, density 1,218 kg/m ³ , pH 9.5 and particle size 10.15 nm was first deionized on a cation exchange column filled with the strongly acidic cation exchange Ostion KS in H ⁺ form and then on an anion exchange column filled with the weakly basic anion exchange Ostion AMP in OH ^- form.

Vznikl kyselý sol kysličníku křemičitého, mající pH 5,3 a vodivost 288 /iS. Κ 1 280 g tohoto sólu přidáno za míchání skleněnou tyčinkou 0,9 g NH^NO^ p.a. rozpuštěného v 2,1 g destilované vody.An acidic sol of silica was formed, having a pH of 5.3 and a conductivity of 288 /iS. To 1,280 g of this sol was added, stirring with a glass rod, 0.9 g of NH^NO^ p.a. dissolved in 2.1 g of distilled water.

Tím byla zvýšena vodivost na 1,88 mS a k takto upravenému sólu přidáno 15 ml 26% roztoku NH^OH až bylo dosaženo pH 9,69. Výsledkem byl koloidní kysličník křemičitý o složení:This increased the conductivity to 1.88 mS and 15 ml of 26% NH^OH solution was added to the thus prepared sol until pH 9.69 was reached. The result was colloidal silica with the composition:

SiO₂ SiO ₂ 31,5 31.5 % % hmot. mass měrná^- hmotnost specific ^- weight 1 208 1,208 kg/m³ kg/ ^m3 NH₃ Cl _NH3Cl 0,16 0.16 % % hmot. mass viskozita viscosity 4,2 4.2 mPas mPassport 0,0032 0.0032 % % hmot. mass pH pH 9,69 9.69 Na₂0 At ₂ 0 0,04 0.04 % % hmot. mass velikost částic particle size 10,1 10.1 nm nm k₂° to ₂ ° 0,002 0.002 % % hmot. mass '' ''

Příklad 2Example 2

Koloidní kysličník křemičitý o složení 29,5 i hmot. SiOj, 0,19 % hmot. Na₂0, hustotě 1 205 kg/m^, pH 9,45 a velikosti částic 13,7 nm byl nejdříve deionizován na katexové koloně s náplní silně kyselého katexu Ostion KS v H⁺ formě a potom na anexové koloně s náplní slabě bazického anexu Ostion AMP v OH formě.Colloidal silica with a composition of 29.5 wt. SiO, 0.19 wt. Na ₂ O, density 1,205 kg/m^, pH 9.45 and particle size 13.7 nm was first deionized on a cation exchange column filled with the strongly acidic cation exchange Ostion KS in the H ⁺ form and then on an anion exchange column filled with the weakly basic anion exchange Ostion AMP in the OH form.

Vznikl kyselý sol SiO^ mající pH 5,09 a vodivost 435 ^iS. K 80 kg tohoto sólu přidáno za míchání 63 ml 65% HNO^ p.a.. Tím byla zvýšena vodivost na 2,5 mS a k takto upravenému sólu přidáno 1 055 ml 26% roztoku NH^OH až bylo pH 9,5. Výsledkem byl koloidní kysličník křemičitý o složení:An acidic SiO^ sol having a pH of 5.09 and a conductivity of 435 ^iS was formed. 63 ml of 65% HNO^ p.a. was added to 80 kg of this sol with stirring. This increased the conductivity to 2.5 mS and 1,055 ml of 26% NH^OH solution was added to the thus treated sol until the pH was 9.5. The result was colloidal silicon dioxide with the composition:

SiO₂ SiO ₂ 29,37 29.37 % % hmot. mass měrná hmotnost specific gravity 1 195 1,195 kg/m kg/m nh₃ nh ₃ 0,178 0.178 % % hmot. mass viskozita viscosity 5,21 5.21 mPas mPassport Cl“ Cl" 0,011 0.011 % % hmot. mass pH pH 9,5 9.5 ^Na2° ^At 2° 0,031 0.031 % % hmot. mass velikost částic particle size 13,65 13.65 nm nm k₂° to ₂ ° stopy footprints

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims

Process for the production of colloidal silica, characterized in that colloidal silica having a composition of 25 to 34 wt. % SiO ₂ , 0.1 to 0.5 wt. Na ₂ 0, density 1175 to 1250 kg / m \ pH of 8 to 10.5 and a particle size 6-20 nm First deionized with a strongly acid cation exchanger resin in the mold and subsequently through a weakly basic anion exchanger in OH- form in the acidic sol of silica % having a pH of 3 to 6.8 and a specific conductivity of 100 to 800 µS, in which the conductivity is first adjusted by adding 0.07 to 0.17 wt. ammonium nitrate or nitric acid, expressed as 100% ammonium nitrate and 100% nitric acid, and after reaching a conductivity of 1 to 8 mS, alkalization is carried out with a 20 to 30% ammonium hydroxide solution to a pH of 9 to 10.5.