金属氧化物膜及金属氧化物膜的形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明的一个方式例如涉及一种半导体器件、显示器件、发光器件、其驱动方法、 或其制造方法。本发明的一个方式尤其涉及一种金属氧化物膜及金属氧化物膜的形成方 法。进一步地，本发明的一个方式涉及一种包含金属氧化物膜的半导体器件。
[0002] 注意，在本说明书中的半导体器件等是指可通过利用半导体特性而作用的所有器 件，例如，电光器件、半导体电路、及电子设备都是半导体器件。
【背景技术】
[0003] 使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜而形成晶体管的技术已引起注 意。该晶体管广泛地应用于集成电路（1C)及图像显示器件（也称为显示器件）等电子设 备。作为可应用于晶体管的半导体膜，硅类半导体材料广泛地已知；此外，作为其他材料，显 现半导体特性的金属氧化物（氧化物半导体）引起注意。
[0004] 例如，专利文献1公开了使用包含In、Zn、Ga和Sn等的非晶氧化物作为氧化物半 导体，而制造晶体管的技术。
[0005] [参考文献]
[0006] [专利文献]
[0007] [专利文献1]日本专利申请公开第2006-165529号公报
【发明内容】
[0008] 本发明的一个方式的目的之一是提供一种包含晶体部的金属氧化物膜。
[0009] 本发明的一个方式的其他目的是提供一种物理性质的稳定性高的金属氧化物膜。
[0010] 本发明的一个方式的其他目的是提供一种包含上述金属氧化物膜的可靠性高的 半导体器件。
[0011] 本发明的一个方式的其他目的是提供一种新颖的半导体器件。注意，这些目的的 记载不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。这些目的以 外的目的从说明书、附图、权利要求书等的记载是显然的，并可以从所述记载中抽出。
[0012] 所公开的发明的一个方式是一种金属氧化物膜，该金属氧化物膜包含微小的晶体 部，其中在宏观上观察不到原子排列的周期性，或在宏观上观察不到原子排列的长程有序。 本发明的一个方式的金属氧化物膜包含在平面的选区电子衍射图案中观察出示出非晶状 态的光晕图案的区域。另一方面，在截面的纳米束电子衍射图案中，观察不到光晕图案，而 观察到不具有方向性的斑点，该斑点与具有示出以特定平面取向的晶体部的规律性的斑点 不同。具体而言，本发明的一个方式例如是具有以下结构的金属氧化物膜。
[0013] 本发明的一个方式是一种金属氧化物膜，该金属氧化物膜包含在在截面的纳米束 电子衍射图案中观察出呈圆周状分布的多个斑点的区域。
[0014] 本发明的其他的一个方式是一种金属氧化物膜，该金属氧化物膜包含在截面的纳 米束电子衍射图案中观察出呈圆周状分布的多个斑点，且在平面的选区电子衍射图案中观 察出光晕图案的区域。
[0015] 在上文中，选区电子衍射的测量区域优选大于或等于300nmq>。
[0016] 在上文中，纳米束电子衍射的测量区域优选大于或等于5nmcp且小于或等于 10nm(p〇注意，通过照射光束直径收敛至lnmcp酌电子束，可获得具有大于或等于5nm(p- 且小于或等于〗〇nmcpl的测量区域的纳米束电子衍射图案。
[0017] 在上文中，该纳米束电子衍射图案优选为变薄至大于10nm且小于或等于50nm的 样品的截面的纳米束电子衍射图案。
[0018] 在上文中，金属氧化物膜优选包含晶体部，且该晶体部的尺寸优选小于或等于 10nm。或者，晶体部的尺寸优选大于或等于lnm且小于或等于10nm〇
[0019] 本发明的一个方式是一种包含晶体部的金属氧化物膜，该晶体部包含具有以下特 征的区域：在具有大于或等于5nmc(^且小于或等于lOnirupl的测量区域的纳米束电子衍射 中，从变薄至大于lOnm且小于或等于50nm的金属氧化物膜的截面中观察到呈圆周状分布 的多个斑点，而从变薄至小于或等于lOnm的金属氧化物膜的截面中观察到具有示出以特 定平面取向的晶体部的规律性的斑点。
[0020] 上述金属氧化物膜的任一个优选至少包含铟、镓、或锌。
[0021] 本发明的其他的一个方式是金属氧化物膜的形成方法，该金属氧化物膜包含在截 面的纳米束电子衍射图案中观察出呈圆周状分布的多个斑点的区域。该金属氧化物膜在室 温且包含氧的气氛中通过使用氧化物靶材的溅射法形成。
[0022] 在上述金属氧化物膜的形成方法中，气氛中的氧的分压优选大于或等于33%。
[0023] 本发明的一个方式可提供一种包含晶体部的金属氧化物膜。
[0024] 进一步地，本发明的一个方式可提供一种物理性质的稳定性高的金属氧化物膜。 而且，通过在半导体器件中使用金属氧化物膜，该半导体器件可具有高可靠性。
【附图说明】
[0025] 图1A是本发明的一个方式的金属氧化物膜的截面TCM图像，图1B至图1D是其纳 米束电子衍射图案；
[0026] 图2A是本发明的一个方式的金属氧化物膜的平面TCM图像，图2B是其选区电子 衍射图案；
[0027] 图3A至图3C是电子衍射强度分布的概念图；
[0028] 图4是石英玻璃衬底的纳米束电子衍射图案；
[0029] 图5A及图5B是本发明的一个方式的金属氧化物膜的截面TEM图像；
[0030] 图6示出本发明的一个方式的金属氧化物膜的X射线衍射分析的结果；
[0031] 图7是本发明的一个方式的金属氧化物膜的纳米束电子衍射图案；
[0032] 图8是本发明的一个方式的金属氧化物膜的纳米束电子衍射图案；
[0033] 图9A至图9C示出一个实施方式中的晶体管的结构实例；
[0034] 图10A至图10D示出一个实施方式中的晶体管的形成方法的实例；
[0035] 图11A至图11C示出一个实施方式中的晶体管的结构实例；
[0036] 图12A至图12C示出一个实施方式中的显示面板的结构；
[0037] 图13是一个实施方式中的电子设备的方框图；
[0038] 图14A至图14D是一个实施方式中的电子设备的外视图；
[0039] 图15A是本发明的一个方式的金属氧化物膜的截面TEM图像，图15B至图15E是 其纳米束电子衍射图案；
[0040] 图16是示出通过离子研磨法使样品变薄的方法的概念图；
[0041] 图17A至图17D是本发明的一个方式的金属氧化物膜的纳米束电子衍射图案；
[0042] 图18A及图18B示出比较实例及一个实施方式中的金属氧化物膜的SMS分析结 果；
[0043] 图19A至图19D示出通过液相法所制备的样品的X射线衍射分析的结果；
[0044] 图20A至图20C是比较实例中的样品的截面TEM图像；
[0045] 图21A至图21C是比较实例中的样品的纳米束电子衍射图案，图21D是本发明的 一个方式的金属氧化物膜的纳米束电子衍射图案；
[0046] 图22示出使用于计算的氧化物半导体层的晶体结构；
[0047] 图23A至图23D示出氢的添加对晶体状态的影响的计算结果；
[0048] 图24A至图24D示出通过XPS的本发明的一个方式的金属氧化物膜及比较实例中 的样品中的键能的测量结果。
【具体实施方式】
[0049] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于以下说 明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及观点可以被变 换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释