氧化硅基復(fù)合微粒的合成及其分散性能研究.pdf

1、SiO2拋光液是使用最早和最廣泛的拋光液，雖然具有低制備成本、易制備、高選擇性等優(yōu)點，但是其低拋光速率及不能對多層布線中SiO2介質(zhì)進行拋光的不足，限制了其應(yīng)用范圍。如果將SiO2與CeO2復(fù)合，制備SiO2/CeO2復(fù)合磨料拋光液，有望解決上述問題，從而擴展SiO2作為拋光磨料的應(yīng)用范圍。同時，由于拋光液的穩(wěn)定性能對其儲存、運輸以及拋光質(zhì)量等有著重要影響，本文系統(tǒng)研究了SiO2/CeO2復(fù)合微粒的合成及其水相體系分散穩(wěn)定性能，探討獲得

2、分散穩(wěn)定的低濃度SiO2/CeO2化學(xué)機械拋光(CMP)漿料優(yōu)化配制條件，對研制開發(fā)新型CMP漿料具有重要的理論意義和實用價值。 以工業(yè)硅酸鈉和鹽酸為原料，十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)為沉淀劑，采用化學(xué)沉淀法合成了介孔SiO2，通過正交試驗系統(tǒng)研究了pH值、硅酸鈉濃度、鹽酸濃度和反應(yīng)溫度對SiO2形成和比表面積的影響。在CTAB用量10wt％，pH=8，硅酸鈉濃度0.4mol/L，鹽酸濃度1mol/L，反應(yīng)溫度30℃條件下可

3、獲得比表面積高達1041.38m2/g和平均孔徑為5.78nm的介孔SiO2。 以正硅酸乙酯為硅源，無水乙醇為溶劑，氨水為催化劑，采用溶膠.凝膠法合成SiO2微粒。通過激光粒度分析研究了各原料配比對SiO2粒子大小和粒徑分布的影響，結(jié)果表明，隨氨水和水用量減少，醇量增加，SiO2微粒粒徑減小，粒徑分布變窄；獲得其優(yōu)化合成工藝條件是：TEOS/NH3 1:4，TEOS/CH3CH2OH 1:20，TEOS/H2O 1:30。

4、 以溶膠-凝膠法制得的SiO2微粒為核，硝酸鈰為鈰源，碳酸銨為沉淀劑，十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)為分散劑，進一步通過化學(xué)沉淀法合成了核殼型SiO2/CeO2復(fù)合微粒。通過正交試驗，系統(tǒng)分析復(fù)合微粒合成過程中各合成因素對包覆效果的影響，并得出優(yōu)化合成工藝條件：SiO2濃度0.05mol/L、硝酸鈰濃度0.015mol/L、反應(yīng)時間2h、陳化時間5h。在該條件下，可制得粒徑約為300～350nm的核殼型SiO2/CeO2復(fù)合微粒；SiO

5、2/CeO2復(fù)合微粒粒徑分布均勻，單分散好，形狀為規(guī)則球型，CeO2包覆層厚度約為30nm，基本上為成膜包覆，伴有少量的CeO2沉積。包覆后，SiO2/CeO2復(fù)合微粒的等電點在pH=5.9附近，接近于殼材料CeO2等電點對應(yīng)的pH值。 同時，探討了水相介質(zhì)中SiO2/CeO2復(fù)合微粒的分散性能。結(jié)果表明，SiO2/CeO2懸浮液的分散行為受體系pH值的影響很大，與Zeta電位有相當好的一致關(guān)系；分散機理主要是雙電層靜電排斥作用

6、；當懸浮液pH值分別為3.5和10左右時，其表面Zeta電位絕對值和吸光度較高，相應(yīng)分散性較好；隨機械攪拌速率增大和超聲時間的增加，SiO2/CeO2懸浮液分散穩(wěn)定性增強；超聲波對SiO2/CeO2的分散效果明顯優(yōu)于機械攪拌。 陰離子表面活性劑SDBS和非離子表面活性劑聚乙二醇4000(PEG4000)都能改善懸浮液的分散穩(wěn)定性。在固含量為0.04wt％的核殼型SiO2/CeO2CMP漿料中，加入0.05g/L的陰離子表面活性劑

7、SDBS作為分散劑，同時控制漿料的pH值在10～10.5，能得到長時間不沉降的穩(wěn)定漿料。添加SDBS能增強顆粒間的靜電排斥作用、水化膜排斥作用以及空間位阻排斥作用，減弱范德華吸引作用。 以正硅酸乙酯、硝酸鈰及氨水為原料，采用共沉淀法合成了一系列不同Ce/Si比的混合型SiO2-CeO2復(fù)合微粒。結(jié)果表明，隨著Ce的含量增加，SiO2-CeO2復(fù)合微粒的平均晶粒尺寸減小及CeO2晶型漸趨完善。研究了Ce/Si比為1的SiO2-Ce