):charge coupled device)图像传感器。
[0118] 图11B示出通过对图11A所示的电子衍射图案以中央部为轴进行旋转而在同一的 散射矢量的大小|q|上得到平均化的电子衍射图案。图11C示出沿着图11B所示的点划 线上的电子衍射强度分布，其中横轴表示散射矢量的大小|q| (magnitude of scattering vector I qDlinm1]，而纵轴表不衍射强度（diffraction intensity) [arbitrary unit](任 意单位）。此外，在电子衍射强度分布中的第一峰的衍射强度的最大值表不为1。
[0119] 该结构解析是着眼于图11C中的第一峰的半峰全宽（FWHM:full width half maximum)而进行的。注意，在图11C中，为了容易理解，不考虑图11B中的中央部附近的透 射波。
[0120] 通过上述方法，得到nc-〇S膜减薄到约50nm厚的样品1至12 (sampleOl to 12) 的电子衍射强度分布。注意，从样品的截面一侧辐射探测直径为l〇nm的电子线来取得纳米 束电子衍射图案。然后，对所取得的电子衍射图案以中央部为轴进行旋转而得到在同一的 散射矢量的大小|q|上得到平均化的电子衍射图案，来制作电子衍射强度分布。图12及图 13示出样品1至12的电子衍射强度分布。
[0121] 接着，通过计算制作结晶InGaZnOj^电子衍射强度及非晶InGaZn04的电子衍射强 度的分布。
[0122] 在该计算中，使用TEM模拟软件jems。计算模式设定为计算粉末图（powder patterns)的模式，并且作为拟合函数使用高斯（Gaussian)函数。作为计算条件，加速电压 设定为200kV，相机长度设定为400mm。
[0123] 在计算中，使用图14所示的InGaZnO##构模型。另外，结晶InGaZn04的结构模型 是从日本物质材料研究机构的无机材料数据库（AtomWork，http://crystdb.nims. go. jp) 取得的。非晶InGaZnOdtl结构模型是利用古典分子动力学计算的恪融淬火（melt-quench) 法而制造的。具体地说，以4000K熔化InGaZn04，然后将温度每隔0. 2纳秒以200K有阶段 性地降低到300K。注意，从400K只降低了 100K，以最终到达300K。作为用于古典分子动力 学计算的软件，使用SCIGRESS ME 2.0,并且作为势能，使用Born-Mayer-Huggins势能。
[0124] 在计算中，求得结构模型的各面（hkl)上的结构因子，算出衍射位置及衍射强度。 各面（hkl)的衍射峰形状以Gaussian函数进行拟合而算出。另外，样品形状为各向同性粉 体。粉体尺寸（powder size)通常与衍射峰的FWHM有关。
[0125] 图15示出通过计算求得的结晶InGaZnO^电子衍射强度的分布。根据图15,在 结晶InGaZn04*观察到多个峰。此外，粉体尺寸越大，第一峰的FWHM越窄。
[0126] 图16示出通过计算求得的非晶InGaZnO^电子衍射强度的分布。根据图16,虽 然在非晶InGaZnOj^分布中观察到多个峰，但从第二峰之后的其他分布中区分出另一个峰 是很困难的。
[0127] 接着，比较从结晶InGaZn04及非晶InGaZnO 4的计算结果求得的第一峰的FWHM和 nc-〇S膜的样品（样品1至样品12)的实测第一峰的FWHM。该比较结果显示在图17中。
[0128] 根据图17,非晶InGaZn04的第一峰的FWHM的计算值为1. 5 [nm 1或更大。
[0129] 根据图17，结晶InGaZn04的第一峰的FWHM的各计算值大约在0. 7 [nm 1至 Unm1]的范围内。在结晶InGaZnO^情况下，粉体尺寸越大，原子排列的周期性越高。 由此，粉体尺寸越大，第一峰的FWHM宽度越窄。
[0130] 另外，根据图17，nc-0S膜的第一峰的FWHM的实测值大约在0· 9[nm 1至1. l[nm 1 的范围内。由此可知，nc-0S膜的第一峰的FWHM宽度比非晶InGaZn04f，且近于结晶 InGaZn040
[0131] 另外，比较nc-〇S膜和结晶InGaZn04的第一峰的FWHM宽度。比较结果表示其晶 体尺寸大约在lnm至3nm的范围内。
[0132] <nc-〇S 膜的应用〉 上述nc-〇S膜例如可以用作晶体管的半导体膜等。
[0133] 〈包括nc-〇S膜的晶体管〉 以下说明根据本发明的一个方式的晶体管的结构及其制造方法。
[0134] 〈晶体管结构（1)> 首先，将说明顶栅顶接触型晶体管的例子。
[0135] 图18A、18B1、B2及18C是晶体管的俯视图及截面图。图18A是晶体管的俯视图。 图18B1及18B2是沿着图18A中的点划线A1-A2的截面图。图18C是沿着图18A中的点划 线A3-A4的截面图。
[0136] 图18B1及18B2中的晶体管包括衬底200上的基底绝缘膜202 ;基底绝缘膜202上 的氧化物半导体膜206 ;氧化物半导体膜206上的源电极216a及漏电极216b ;氧化物半导 体膜206、源电极216a以及漏电极216b上的栅极绝缘膜212 ;栅极绝缘膜212上的栅电极 204。晶体管优选还包括源电极216a、漏电极216b、栅极绝缘膜212及栅电极204上的保护 绝缘膜218 ;保护绝缘膜218上的布线226a及布线226b。另外，栅极绝缘膜212及保护绝 缘膜218具有到达源电极216a及漏电极216b的开口。布线226a及布线226b通过该开口 接触于源电极216a及漏电极216b。另外，在某些情况下，晶体管不一定需要包括基底绝缘 膜 202。
[0137] 在图18A的俯视图中，在氧化物半导体膜206的重叠于栅电极204的区域中的源 电极216a和漏电极216b之间的间隔称为沟道长度。另外，在氧化物半导体膜206与栅电 极204的重叠区域中，连接源电极216a与漏电极216b之间的区域中的中间地点的线称为 沟道宽度。此外，沟道形成区是指氧化物半导体膜206的重叠于栅电极204且位于源电极 216a和漏电极216b之间的区域。另外，沟道是指氧化物半导体膜206的电流主要流动的区 域。
[0138] 另外，如图18A所示，在俯视图中栅电极204被设置为氧化物半导体膜206中的沟 道形成区的边缘位于栅电极204的边缘的内侧。该结构可以抑制因光从栅电极204 -侧入 射而在氧化物半导体膜206中产生载流子。换言之，栅电极204被用作遮光膜。注意，氧化 物半导体膜206中的沟道形成区也可以设置为延伸到栅电极204的外侧。
[0139] 下面说明氧化物半导体膜206。上述nc-〇S膜可以应用于氧化物半导体膜206。
[0140] 氧化物半导体膜206为包含铟的氧化物。氧化物例如通过包含铟具有高载流子迀 移率（电子迀移率）。氧化物半导体膜206优选包含元素 M。元素 Μ例如是铝、镓、钇或锡。 例如，元素 Μ的与氧之间的键能高。元素 Μ例如是可增大氧化物的能隙的元素。此外，氧化 物半导体膜206优选包含锌。例如，包含锌的氧化物容易被晶化。氧化物的价带顶的能量 例如可以利用锌的原子个数比而控制。
[0141] 注意，氧化物半导体膜206不局限于包含铟的氧化物。氧化物半导体膜206例如 也可以为Zn-Sn氧化物或Ga-Sn氧化物。
[0142] 第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜也可以设置在氧化物半导体膜206 中的沟道形成区之上和之下。第二氧化物半导体膜设置在氧化物半导体膜206与栅极绝缘 膜212之间。
[0143] 第一氧化物半导体膜包含一种或多种包含在氧化物半导体膜206中的除了氧以 外的元素。由于第一氧化物半导体膜包含一种或多种包含在氧化物半导体膜206中的除了 氧以外的元素，因此界面态不容易形成在氧化物半导体膜206与第一氧化物半导体膜之间 的界面。
[0144] 第二氧化物半导体膜包含一种或多种包含在氧化物半导体膜206中的除了氧以 外的元素。由于第二氧化物半导体膜包含一种或多种包含在氧化物半导体膜206中的除了 氧以外的元素，因此界面态不容易形成在氧化物半导体膜206与第二氧化物半导体膜之间 的界面。
[0145] 在使用In-M-Zn氧化物作为第一氧化物半导体膜的情况下，当In和Μ的总和 假设为lOOatomic %时，In和Μ的比例分别优选设定为低于50atomic %及大于或等于 50atomic%，更优选为低于25atomic%及大于或等于75atomic%。在使用In-M-Zn氧 化物作为氧化物半导体膜206的情况下，当In和Μ的总和假设为lOOatomic %时，In和 Μ的比例分别优选设定为大于或等于25atomic%及低于75atomic%，更优选为大于或 等于34atomic%及低于66atomic%。另外，在使用In-M-Zn氧化物作为第二氧化物半 导体膜的情况下，当In和Μ的总和假设为lOOatomic%时，In和Μ的比例分别优选设定 为低于50atomic %及大于或等于50atomic %，更优选为低于25atomic %及大于或等于 75atomic %。注意，第二氧化物半导体膜也可以使用与第一氧化物半导体膜相同种类的氧 化物形成。
[0146] 在此，在某些情况下，在第一氧化物半导体膜与氧化物半导体膜206之间有第一 氧化物半导体膜和氧化物半导体膜206的混合区。另外，某些情况下，在氧化物半导体膜 206与第二氧化物半导体膜之间有氧化物半导体膜206和第二氧化物半导体膜的混合区。 该混合区的界面态密度较低。因此，包括第一氧化物半导体膜、氧化物半导体膜206以及第 二氧化物半导体膜的叠层体具有各层之间的界面处的能量连续地变化（连接结合）的能带 结构。
[0147] 作为氧化物半导体膜206,使用能隙宽的氧化物。例如，氧化物半导体膜206的能 隙大于或等于2. 5eV且小于或等于4. 2eV，优选大于或等于2. 8eV且小于或等于3. 8eV，更 优选大于或等于3eV且小于或等于3. 5eV。
[0148] 作为第一氧化物半导体膜，使用能隙宽的氧化物。例如，第一氧化物半导体膜的能 隙大于或等于2. 7eV且小于或等于4. 9eV，优选大于或等于3eV且小于或等于4. 7eV，更优 选大于或等于3. 2eV且小于或等于4. 4eV。
[0149] 作为第二氧化物半导体膜，使用能隙宽的氧化物。第二氧化物半导体膜的能隙大 于或等于2. 7eV且小于或等于4. 9eV，优选大于或等于3eV且小于或等于4. 7eV，更优选大 于或等于3. 2eV且小于或等于4. 4eV。注意，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜的 能隙比氧化物半导体膜206宽。
[0150] 作为氧化物半导体膜206,使用其电子亲和势大于第一氧化物半导体膜的氧化物。 例如，作为氧化物半导体膜206,使用如下氧化物，该氧化物的电子亲和势比第一氧化物半 导体膜大〇. 〇7eV或更大且1. 3eV或更小，优选大0. leV或更大且0. 7eV或更小，更优选大 〇. 15eV或更大且0. 4eV或更小。注意，电子亲和势是指真空能级与导带底之间的能量差。
[0151] 另外，作为氧化物半导体膜206,使用其电子亲和势大于第二氧化物半导体膜的氧 化物。例如，作为氧化物半导体膜206,使用如下氧化物，该氧化物的电子亲和势比第二氧化 物半导体膜大〇. 〇7eV或更大且1. 3eV或更小，优选大0. leV或更大且0. 7eV或更小，更优 选大0. 15eV或更大且0. 5eV或更小。
[0152] 在此，当电场施加于栅电极204时，沟道形成在其电子亲和势比第一氧化物半导 体膜和第二氧化物半导体膜大的氧化物半导体膜206中。
[0153] 为了提高晶体管的通态电流（on-state current)，第二氧化物半导体膜的厚度越 小越好。例如，第二氧化物半导体膜的厚度设定为小于l〇nm，优选小于或等于5nm，更优选 小于或等于3nm。另一方面，第二氧化物半导体膜具有防止包含在栅极绝缘膜212中的氧以 外的元素（如硅）进入被形成沟道的氧化物半导体膜206的功能。因此，第二氧化物半导 体膜优选具有一定的厚度。例如，第二氧化物半导体膜的厚度设定为大于或等于〇. 3nm，优 选大于或等于lnm，更优选大于或等于2nm。
[0154] 为了提高可靠性，第一氧化物半导体膜优选设置得厚，氧化物半导体膜206和第 二氧化物半导体膜优选设置得薄。具体而言，第一氧化物半导体膜的厚度大于或等于20nm， 优选大于或等于30nm，更优选大于或等于40nm，进一步优选大于或等于60nm。通过第一 氧化物半导体膜的厚度设定为大于或等于20nm，优选大于或等于30nm，更优选大于或等于 40nm，进一步优选大于或等于60nm。此时，基底绝缘膜202和第一氧化物半导体膜的界面 与被形成沟道的氧化物半导体膜206之间的距离可以大于或等于20nm，优选大于或等于 30nm，更优选大于或等于40nm，进一步优选大于或等于60nm。为了防止半导体装置的生产 率下降，第一氧化物半导体膜的厚度小于或等于200nm，优选小于或等于120nm，更优选小 于或等于80nm。氧化物半导体膜206的厚度大于或等于3nm且小于或等于100nm，优选大 于或等于3nm且小于或等于80nm，更优选大于或等于3nm且小于或等于50nm。
[0155] 例如，第一氧化物半导体膜也可以厚于氧化物半导体膜206,氧化物半导体膜206 也可以厚于第二氧化物半导体膜。
[0156] 下面说明氧化物半导体膜206中的杂质的影响。为了使晶体管具有稳定的电特 性，降低氧化物半导体膜206中的杂质浓度而使该氧化物半导体膜206具有低载流子密度 和高纯度是很有效的。氧化物半导体膜206的载流子密度设定为小于lX1017/cm3、小于 lX1015/cm3或小于lX1013/cm3。为了降低氧化物半导体膜206中的杂质浓度，优选还降低 氧化物半导体膜206附近的膜中的杂质浓度。
[0157] 包含在氧化物半导体膜206中的硅有可能成为载流子陷阱或载流子发生源。利 用二次离子质谱分析（SIMS 〖secondary ion mass spectrometry)测得的氧化物半导体 膜206与第一氧化物半导体膜之间的区域中的硅浓度为小于lX1019atoms/cm3,优选小 于5X 1018atoms/cm3,更优选小于2X 1018atoms/cm3。利用SIMS测得的氧化物半导体膜 206与第二氧化物半导体膜之间的区域中的硅浓度为小于1 X 1019atoms/cm3，优选小于 5 X 1018atoms/cm3,更优选小于 2 X 1018atoms/cm3。
[0158] 当氢包含在氧化物半导体膜206中时，载流子密度有可能增大。利用SMS 测得的氧化物半导体膜206中的氢浓度为小于或等于2 X 102°atoms/cm3,优选小于或 等于5X 1019atoms/cm3,更优选小于或等于IX 1019atoms/cm3,进一步优选小于或等于 5X10lsatoms/cm3。当氮包含在氧化物半导体膜206中时，载流子密度有可能增大。利 用S頂S测得的氧化物半导体膜206中的氮浓度为小于5X1019atoms/cm3,优选小于或 等于5X 1018atoms/cm3,更优选小于或等于IX 1018atoms/cm3,进一步优选小于或等于 5 X 1017atoms/cm3〇
[0159] 为了降低氧化物半导体膜206中的氢浓度，优选降低第一氧化物半导体膜中的 氢浓度。利用SHIS测得的第一氧化物半导体膜中的氢浓度为小于或等于2X 102°atoms/ cm3,优选小于或等于5X 1019atoms/cm3,更优选小于或等于1 X 1019atoms/cm3,进一步优选 小于或等于5X 1018atoms/cm3。另外，为了降低氧化物半导体膜206中的氮浓度，优选降低 第一氧化物半导体膜中的氮浓度。利用sms测得的第一氧化物半导体膜中的氮浓度为小 于5 X 1019atoms/cm3,优选小于或等于5 X 1018atoms/cm3,更优选小于或等于1 X 1018atoms/ cm3,进一步优选小于或等于5 X 1017atoms/cm3。
[0160] 为了降低氧化物半导体膜206中的氢浓度，还优选降低第二氧化物半导体膜中的 氢浓度。利用SHIS测得的第二氧化物半导体膜中的氢浓度为小于或等于2X 102°atoms/ cm3,优选小于或等于5X 1019atoms/cm3,更优选小于或等于1 X 1019atoms/cm3,进一步优选 小于或等于5 X 1018atoms/cm3。为了降低氧化物半导体膜206中的氮浓度，还优选降低第 二氧化物半导体膜中的氮浓度。利用SIMS测得的第二氧化物半导体膜中的氮浓度为小 于5 X 1019atoms/cm3,优选小于或等于5 X 1018atoms/cm3,更优选小于或等于1 X 1018atoms/ cm3,进一步优选小于或等于5 X 1017atoms/cm3。
[0161] 图18A至18C所示的基底绝缘膜202例如可以由包含氧化硅或氧氮化硅的绝缘膜 的单层