[发明专利]结晶半导体薄膜叠层的形成方法以及滤色器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基衬底上形成结晶半导体薄膜以及用基衬底上的结晶半导体薄膜形成叠层的方法。叠层用于在衬底上形成一透光性导电薄膜和透光性半导体薄膜，它们用于制造各种显示装置，如CCD照相机或者液晶显示装置，或者照相机成像传感器，尤其是用于制造适用于便携式终端例如手提电话或者小型个人电脑用的滤色器，也涉及应用该衬底制造滤色器。

背景技术

大家知道，光电导体因为有催化活性或者光生伏特活性在近年来得到了特别的应用。例如，作为光电半导体，二氧化钛被解释为可以使沉积在放置空气中的被污染衬底表面上的有机污染物氧化分解，这些有机污染物如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)和恶臭物质，如同基于光催化活性氧化作用的细菌一样。作为实际应用的例子，已有各种应用被提议，如在建筑物外墙上敷涂二氧化钛光催化剂以去除阳光下的空气污染物的方法(日本公开的未经审查的专利，其申请号为Hei 6-315614)。在医院的墙上或者扶手栏杆上敷涂二氧化钛催化剂以杀死细菌的方法(日本公开的未经审查的专利，其申请号为Hei 7-102678)，在废水中洒二氧化钛催化剂粉末和用紫外线灯照射以分解水中污物的方法(日本公开的未经审查专利，其申请号为Hei5-92192)，或者使用光催化剂自洁净效应以延长荧光灯或者照明工具的清洁维持时间的方法(日本公开的未经审查的专利，其申请号为Hei 9-129012)。

此外，已经知道基于光化学反应，光电导薄膜的表面被涂覆高度亲水性物质，可用于防止镜子(在洗澡间或者汽车中)，透镜和玻璃窗的雾化。

已经知道，当光电半导体薄膜在建筑外墙表面，汽车玻璃和窗户玻璃上形成时，疏水污物较难积累，从而获得自洁净效应。另外，即使有沉淀的污物，污物也基于其疏水性质在薄膜表面上被分解，同时由于半导体薄膜的疏水性质，污物或其分解物很容易被雨或水刷冲掉。

为制备光电半导体薄膜，已有一种已知的水解钛化合物(例如碱性氧化钛或者醋酸钛)的方法，它把上述物质涂在基底材料的表面上，等它干后在500℃或更高的温度下烧结，以此得到一锐钛矿(anatase)型二氧化钛薄膜；以及一种用汽相沉积工艺形成二氧化钛非晶层，并在400℃或更高的温度下退火，以形成一包含锐钛矿型二氧化钛的薄层的方法；还有一种在500℃或更高的温度下，氧化金属钛薄膜表面，并使之结晶的方法；以及一种加热基底材料到250℃或更高的温度下，用射频溅射(RF sputtering)方法得到一锐钛矿型二氧化钛薄膜的方法。

在上述方法中，用烧结非晶二氧化钛薄膜形成光电半导体薄膜的方法需要长时间高温加热衬底，从经济方面看增加了成本。还有，如后面要阐述的，考虑到塑料基底材料的耐热性，在其上形成光电导体薄膜的方法实际上是不可行的。此外，虽然射频溅射是可以得到具有高光生伏特(photovoltaic)活性的锐钛矿的一种出色的方法，但由于它必须使用贵重的装置，用这种方法制造光电导体薄膜要减少成本是很难的。虽然，某些塑料基底材料有250℃的耐热性，但那些既有250℃的耐热性，又具有透光性，并且成本合适的材料现在还没有。

顺便要说到的是，已经知道基于上述表面的光化学反应，光电导体薄膜除具有防污、抗菌和防雾的效果外，还具有光生伏特的功能。光生伏特效应是这样的现象，当提供导电的薄膜和光电导体薄膜的衬底被浸在有电解功能的水或溶液中的时候，同时紫外线照在光电导体薄膜上，光生伏特活性在被照射的区域产生。利用此现象，例如薄膜能在被照射的区域选择性地被形成。也就是说，当衬底被浸在包括形成电沉积基底的薄膜的电沉积溶液中，同时紫外线照在光电导体薄膜上的时候，在该导电薄膜和溶液中的反电极之间，施加或不施加偏置电压的情况下，光生伏特的活性在光电半导体薄膜的光照射区域上产生，同时形成基底的薄膜在此区域上电解沉积。在半导体薄膜的光生伏特活性足够大的情况下，偏置电压可降到0。

本发明者先前曾提出一种利用光生伏特的活性形成高分辨率的超精细图形(pattern)的方法，它对滤色器(color filter)之类很有用。(日本公开的未经审查的专利，其申请号为Hei 1-174790、Hei 11-133224和Hei 11-335894)。