半導體膜、晶體管、半導體裝置、顯示裝置以及電子設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種物體、方法或制造方法。或者，本發明涉及一種工序（process)、機 器（machine)、產品（manufacture)或組成物（compositionofmatter)。尤其是，本發明涉 及一種半導體裝置、顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、存儲裝置、它們的驅動方法或它們的制 造方法。
[0002] 注意，在本說明書等中，半導體裝置是指能夠通過利用半導體特性而工作的所有 裝置。晶體管、半導體電路是半導體裝置的一個方式。另外，運算裝置、存儲裝置、攝像裝 置、電光裝置、發電裝置(包括薄膜太陽能電池、有機薄膜太陽能電池等）及電子設備有時包 括半導體裝置。
【背景技術】
[0003] 在非專利文獻1中，描述以IrihGahOs(Zn0)m (x滿足-1彡x彡1，m為自然數） 表示的同系物（homologousphase)的存在。此外，描述同系物的固溶區域（solidsolution range)。例如，描述m=l的情況下的同系物的固溶區域在x為-0.33至0.08的范圍內，并 且m=2的情況下的同系物的固溶區域在x為-0.68至0.32的范圍內。
[0004] 作為具有尖晶石型的結晶結構的化合物，已知有以AB204 (A及B為金屬元素)表示 的化合物。在非專利文獻1中示出InxZnyGaz0w的例子，并且記載有在x、y及z具有ZnGa204 附近的組成，即x、y及z具有（x,y,z) = (0,1,2)附近的值的情況下,容易形成或混合尖晶 石型的結晶結構。
[0005] 使用半導體材料構成晶體管的技術受到關注。該晶體管被廣泛地應用于集成電路 (1C)、圖像顯示裝置(簡單地記載為顯示裝置）等電子器件。作為可以用于晶體管的半導體 材料，硅類半導體材料被廣泛地周知，而作為其他材料，氧化物半導體受到關注。
[0006] 例如，公開了作為氧化物半導體使用氧化鋅或In-Ga-Zn氧化物半導體來制造晶 體管的技術(參照專利文獻1及專利文獻2)。
[0007] 近年來，隨著電子設備的高功能化、小型化或輕量化，對高密度地集成有被微型化 的晶體管等半導體元件的集成電路的要求提高。
[0008] [專利文獻1]日本專利申請公開2007-123861號公報 [專利文獻2]日本專利申請公開2007-96055號公報。
[0009] [非專利文獻 1]M.Nakamura,N.Kimizuka,andT.Mohri,"ThePhase RelationsintheIn203-Ga2Zn04-Zn0Systemat1350°C〃，J. Solid State Chem., 1991，Vol. 93，pp. 298-315。
【發明內容】
[0010] 本發明的一個方式的目的之一是使半導體裝置具有良好的電特性。或者，本發明 的一個方式的目的之一是提供一種可靠性高的半導體裝置。
[0011] 或者，本發明的一個方式的目的之一是提供一種特性偏差少的良好的晶體管。或 者，本發明的一個方式的目的之一是提供一種包括具有良好的保持特性的存儲元件的半導 體裝置。或者，本發明的一個方式的目的之一是提供一種適合于微型化的半導體裝置。或 者，本發明的一個方式的目的之一是提供一種縮小電路面積的半導體裝置。或者，本發明的 一個方式的目的之一是提供一種具有新穎結構的半導體裝置。
[0012] 注意，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。本發明的一個方式并不需要實現 所有上述目的。另外，說明書、附圖以及權利要求書等的記載中顯然存在上述目的以外的目 的，可以從說明書、附圖以及權利要求書等的記載中獲得上述目的以外的目的。
[0013] 本發明的一個方式是一種氧化物半導體膜，其中，使用束徑的半寬度為lnm的電 子線在使氧化物半導體膜的位置與電子線的位置相對地移動的同時對氧化物半導體膜的 被形成面進行照射，由此觀察到氧化物半導體膜具有的多個電子衍射圖案，多個電子衍射 圖案具有在彼此不同的觀察地點觀察的50個以上的電子衍射圖案，多個電子衍射圖案的 方向不同，第一電子衍射圖案所占的比率為90%以上，并且，第一電子衍射圖案包括表示c 軸朝向大致垂直于氧化物半導體膜的被形成面的方向的觀察點。
[0014] 或者，本發明的一個方式是一種氧化物半導體膜，其中，使用束徑的半寬度為lnm 的電子線在使氧化物半導體膜的位置與電子線的位置相對地移動的同時對氧化物半導體 膜的被形成面進行照射，由此觀察到氧化物半導體膜具有的多個電子衍射圖案，多個電子 衍射圖案具有在彼此不同的觀察地點觀察的50個以上的電子衍射圖案，多個電子衍射圖 案的方向不同，在50個以上的電子衍射圖案中第一電子衍射圖案所占的比率與第二電子 衍射圖案所占的比率之和為100%，第一電子衍射圖案所占的比率為90%以上，第一電子 衍射圖案包括表示c軸朝向大致垂直于氧化物半導體膜的被形成面的方向的觀察點，并 且，第二電子衍射圖案包括不具有對稱性的觀察點或配置為如圓圈那樣的(環狀的）觀察區 域。
[0015] 或者，本發明的一個方式是一種氧化物半導體膜，其中，使用束徑的半寬度為lnm 的電子線在使氧化物半導體膜的位置與電子線的位置相對地移動的同時對氧化物半導體 膜的被形成面進行照射，由此觀察到氧化物半導體膜具有的多個電子衍射圖案，在多個電 子衍射圖案中，彼此不同的觀察地點觀察的50個以上的電子衍射圖中的第一電子衍射圖 案所占的比率為100 %，第一電子衍射圖案包括表示c軸朝向大致垂直于氧化物半導體膜 的被形成面的方向的觀察點，并且，多個電子衍射圖案的方向不同。
[0016] 在上述結構中，觀察到第二電子衍射圖案的區域優選為包含納米晶的氧化物半導 體膜。
[0017] 或者，本發明的一個方式是一種包含In、以M表示的元素及Zn的氧化物半導 體膜，其中，以M表示的元素選自鋁、鎵、釔和錫中的至少一個，In、M及Zn的原子個數 比滿足In:M:Zn=x:y:z,并且，x、y及z在以In、元素M及Zn的三個元素為頂點的平衡 狀態圖中具有由依次連接第一坐標（1:7:2=2:2:1)、第二坐標（1:7:2=23:27:25)、第三 坐標（x:y:z=8:12:35)、第四坐標（x:y:z=4:0:7)、第五坐標（x:y:z=2:0:3)、第六坐標 (x:y:z=7:1:8)、第七坐標（x:y:z=15:5:8)以及上述第一坐標的線段圍繞的范圍內的原子 個數比。
[0018] 在上述結構中，優選的是，氧化物半導體膜通過濺射法并使用包含In、以M表 示的元素及Zn的靶材而形成，以M表示的元素選自鋁、鎵、釔和錫中的至少一個，靶材 所包含的In、M及Zn的原子個數比滿足In:M:Zn=a:b:c，并且，a、b及c在以In、元素M 及Zn的三個元素為頂點的平衡狀態圖中具有由依次連接第一坐標（a:b:c=2:2:1)、第二 坐標（a:b: c=23:27:25)、第三坐標（a:b: c=l: 2:9)、第四坐標（a:b: c=l :0:3)、第五坐標 (a:b:c=2:0:3)、第六坐標（a:b:c=7:1:8)、第七坐標（a:b:c=10:4:7)以及上述第一坐標的 線段圍繞的范圍內的原子個數比。
[0019] 或者，本發明的一個方式是一種包含In、Ga及Zn的氧化物半導體膜，其中， In、Ga及Zn的原子個數比滿足In:Ga:Zn=x:y:z，并且，x、y及z在以In、Ga及Zn的 三個元素為頂點的平衡狀態圖中具有由依次連接第一坐標（x:y:z=2:2:1)、第二坐標 (x:y:z=23:27:25)、第三坐標（x:y:z=8:12:35)、第四坐標（x:y:z=4:0:7)、第五坐標 (x:y:z=2:0:3)、第六坐標（x:y:z=7:1:8)、第七坐標（x:y:z=15:5:8)以及上述第一坐標的 線段圍繞的范圍內的原子個數比。
[0020] 或者，本發明的一個方式是一種包括如上所記載的氧化物半導體膜的半導體裝 置。
[0021] 或者，本發明的一個方式是一種在溝道區域中包括如上所記載的氧化物半導體膜 的晶體管。
[0022] 在上述結構中，優選的是，半導體裝置還包括第二氧化物膜及第三氧化物膜，其 中，氧化物半導體膜接觸于第二氧化物膜的頂面，并且，第三氧化物膜接觸于氧化物半導體 膜的頂面。另外，在上述結構中，第三氧化物膜優選接觸于第二氧化物膜的側面、氧化物半 導體膜的側面及頂面。此外，在上述結構中，氧化物半導體膜所包含的氧化物的電子親和勢 優選大于第二氧化物膜所包含的氧化物及第三氧化物膜所包含的氧化物的電子親和勢。
[0023] 或者，本發明的一個方式是一種包括第一氧化物膜及接觸于第一氧化物膜的第 二氧化物膜的半導體裝置，其中，第一氧化物膜包含銦、元素M及鋅，第一氧化物膜所包 含的銦、元素M及鋅的原子個數比滿足銦：元素M:鋅=x a:ya:za，并且，xa、ya、z a& a滿 足 xa: ya: za= (1- a ) : (1+ a ) : 1 且-〇? 33 < a < +〇? 08、xa: ya: za= (l_a): (l+a):2 且-〇.68<<1<+〇.32、叉￡1:5^:2￡1=(1-(1):(1+(1):3且-1<(1<+〇.46、叉 ￡1:5^:2￡1=(1-(1): (1+a ) :4 且-1 彡 a 彡 +〇? 54 以及 xa:ya:za= (1-a ) : (1+a ) :5 且-1 彡 a 彡 +〇? 72 中 的任一個。
[0024] 或者，本發明的一個方式是一種包括第一氧化物膜及接觸于第一氧化物膜的第二 氧化物膜的半導體裝置，其中，第一氧化物膜包含銦、元素M及鋅，第一氧化物膜所包含的 銦、元素M及鋅的原子個數比滿足銦：元素M:鋅=x a:ya:za,第二氧化物膜包含銦、元素M 及鋅，第二氧化物膜所包含的銦、元素M及鋅的原子個數比滿足銦：元素M:鋅= Xb:yb:zb， xa、 ya& z a在以銦、元素M及鋅的三個元素為頂點的平衡狀態圖中具有由依次連接第一 坐標（乂￡1:5^:2 ￡1=8:14:7)、第二坐標（1￡1:5^:2￡1=2:5:7)、第三坐標（1 ￡1:5^:2￡1=51:149:300)、第 四坐標（xa: ya: za=46:288:833 )、第五坐標（xa: ya: za=0:2:11)、第六坐標（xa: ya: za=0:0:1)、 第七坐標（xa:ya:Za=2 :2:l)以及上述第一坐標的線段圍繞的范圍內的原子個數比，并且， xb、 yb及z b在以銦、元素M及鋅的三個元素為頂點的平衡狀態圖中具有由依次連接第一坐 標（xb:y b:zb=2:2:1)、第二坐標（xb:yb:z b=23:27:25)、第三坐標（xb:yb:zb=8:12:35)、第四 坐標（x b: yb: zb=4:0:7 )、第五坐標（xb: yb: zb=2:0:3 )、第六坐標（xb: yb: zb=7:1:8 )、第七坐標 (xb:yb:zb=10:4:7)以及上述第一坐標的線段圍繞的范圍內的原子個數比。
[0025] 在上述結構中，優選的是，半導體裝置包括第一晶體管，并且，第二氧化物膜具