半导体膜、晶体管、半导体装置、显示装置以及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种物体、方法或制造方法。或者，本发明涉及一种工序（process)、机 器（machine)、产品（manufacture)或组成物（compositionofmatter)。尤其是，本发明涉 及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、它们的驱动方法或它们的制 造方法。
[0002] 注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有 装置。晶体管、半导体电路是半导体装置的一个方式。另外，运算装置、存储装置、摄像装 置、电光装置、发电装置(包括薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等）及电子设备有时包 括半导体装置。
【背景技术】
[0003] 在非专利文献1中，描述以IrihGahOs(Zn0)m (x满足-1彡x彡1，m为自然数） 表示的同系物（homologousphase)的存在。此外，描述同系物的固溶区域（solidsolution range)。例如，描述m=l的情况下的同系物的固溶区域在x为-0.33至0.08的范围内，并 且m=2的情况下的同系物的固溶区域在x为-0.68至0.32的范围内。
[0004] 作为具有尖晶石型的结晶结构的化合物，已知有以AB204 (A及B为金属元素)表示 的化合物。在非专利文献1中示出InxZnyGaz0w的例子，并且记载有在x、y及z具有ZnGa204 附近的组成，即x、y及z具有（x,y,z) = (0,1,2)附近的值的情况下,容易形成或混合尖晶 石型的结晶结构。
[0005] 使用半导体材料构成晶体管的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于集成电路 (1C)、图像显示装置(简单地记载为显示装置）等电子器件。作为可以用于晶体管的半导体 材料，硅类半导体材料被广泛地周知，而作为其他材料，氧化物半导体受到关注。
[0006] 例如，公开了作为氧化物半导体使用氧化锌或In-Ga-Zn氧化物半导体来制造晶 体管的技术(参照专利文献1及专利文献2)。
[0007] 近年来，随着电子设备的高功能化、小型化或轻量化，对高密度地集成有被微型化 的晶体管等半导体元件的集成电路的要求提高。
[0008] [专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报 [专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报。
[0009] [非专利文献 1]M.Nakamura,N.Kimizuka,andT.Mohri,"ThePhase RelationsintheIn203-Ga2Zn04-Zn0Systemat1350°C〃，J. Solid State Chem., 1991，Vol. 93，pp. 298-315。
【发明内容】
[0010] 本发明的一个方式的目的之一是使半导体装置具有良好的电特性。或者，本发明 的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的半导体装置。
[0011] 或者，本发明的一个方式的目的之一是提供一种特性偏差少的良好的晶体管。或 者，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括具有良好的保持特性的存储元件的半导 体装置。或者，本发明的一个方式的目的之一是提供一种适合于微型化的半导体装置。或 者，本发明的一个方式的目的之一是提供一种缩小电路面积的半导体装置。或者，本发明的 一个方式的目的之一是提供一种具有新颖结构的半导体装置。
[0012] 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。另外，说明书、附图以及权利要求书等的记载中显然存在上述目的以外的目 的，可以从说明书、附图以及权利要求书等的记载中获得上述目的以外的目的。
[0013] 本发明的一个方式是一种氧化物半导体膜，其中，使用束径的半宽度为lnm的电 子线在使氧化物半导体膜的位置与电子线的位置相对地移动的同时对氧化物半导体膜的 被形成面进行照射，由此观察到氧化物半导体膜具有的多个电子衍射图案，多个电子衍射 图案具有在彼此不同的观察地点观察的50个以上的电子衍射图案，多个电子衍射图案的 方向不同，第一电子衍射图案所占的比率为90%以上，并且，第一电子衍射图案包括表示c 轴朝向大致垂直于氧化物半导体膜的被形成面的方向的观察点。
[0014] 或者，本发明的一个方式是一种氧化物半导体膜，其中，使用束径的半宽度为lnm 的电子线在使氧化物半导体膜的位置与电子线的位置相对地移动的同时对氧化物半导体 膜的被形成面进行照射，由此观察到氧化物半导体膜具有的多个电子衍射图案，多个电子 衍射图案具有在彼此不同的观察地点观察的50个以上的电子衍射图案，多个电子衍射图 案的方向不同，在50个以上的电子衍射图案中第一电子衍射图案所占的比率与第二电子 衍射图案所占的比率之和为100%，第一电子衍射图案所占的比率为90%以上，第一电子 衍射图案包括表示c轴朝向大致垂直于氧化物半导体膜的被形成面的方向的观察点，并 且，第二电子衍射图案包括不具有对称性的观察点或配置为如圆圈那样的(环状的）观察区 域。
[0015] 或者，本发明的一个方式是一种氧化物半导体膜，其中，使用束径的半宽度为lnm 的电子线在使氧化物半导体膜的位置与电子线的位置相对地移动的同时对氧化物半导体 膜的被形成面进行照射，由此观察到氧化物半导体膜具有的多个电子衍射图案，在多个电 子衍射图案中，彼此不同的观察地点观察的50个以上的电子衍射图中的第一电子衍射图 案所占的比率为100 %，第一电子衍射图案包括表示c轴朝向大致垂直于氧化物半导体膜 的被形成面的方向的观察点，并且，多个电子衍射图案的方向不同。
[0016] 在上述结构中，观察到第二电子衍射图案的区域优选为包含纳米晶的氧化物半导 体膜。
[0017] 或者，本发明的一个方式是一种包含In、以M表示的元素及Zn的氧化物半导 体膜，其中，以M表示的元素选自铝、镓、钇和锡中的至少一个，In、M及Zn的原子个数 比满足In:M:Zn=x:y:z,并且，x、y及z在以In、元素M及Zn的三个元素为顶点的平衡 状态图中具有由依次连接第一坐标（1:7:2=2:2:1)、第二坐标（1:7:2=23:27:25)、第三 坐标（x:y:z=8:12:35)、第四坐标（x:y:z=4:0:7)、第五坐标（x:y:z=2:0:3)、第六坐标 (x:y:z=7:1:8)、第七坐标（x:y:z=15:5:8)以及上述第一坐标的线段围绕的范围内的原子 个数比。
[0018] 在上述结构中，优选的是，氧化物半导体膜通过溅射法并使用包含In、以M表 示的元素及Zn的靶材而形成，以M表示的元素选自铝、镓、钇和锡中的至少一个，靶材 所包含的In、M及Zn的原子个数比满足In:M:Zn=a:b:c，并且，a、b及c在以In、元素M 及Zn的三个元素为顶点的平衡状态图中具有由依次连接第一坐标（a:b:c=2:2:1)、第二 坐标（a:b: c=23:27:25)、第三坐标（a:b: c=l: 2:9)、第四坐标（a:b: c=l :0:3)、第五坐标 (a:b:c=2:0:3)、第六坐标（a:b:c=7:1:8)、第七坐标（a:b:c=10:4:7)以及上述第一坐标的 线段围绕的范围内的原子个数比。
[0019] 或者，本发明的一个方式是一种包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜，其中， In、Ga及Zn的原子个数比满足In:Ga:Zn=x:y:z，并且，x、y及z在以In、Ga及Zn的 三个元素为顶点的平衡状态图中具有由依次连接第一坐标（x:y:z=2:2:1)、第二坐标 (x:y:z=23:27:25)、第三坐标（x:y:z=8:12:35)、第四坐标（x:y:z=4:0:7)、第五坐标 (x:y:z=2:0:3)、第六坐标（x:y:z=7:1:8)、第七坐标（x:y:z=15:5:8)以及上述第一坐标的 线段围绕的范围内的原子个数比。
[0020] 或者，本发明的一个方式是一种包括如上所记载的氧化物半导体膜的半导体装 置。
[0021] 或者，本发明的一个方式是一种在沟道区域中包括如上所记载的氧化物半导体膜 的晶体管。
[0022] 在上述结构中，优选的是，半导体装置还包括第二氧化物膜及第三氧化物膜，其 中，氧化物半导体膜接触于第二氧化物膜的顶面，并且，第三氧化物膜接触于氧化物半导体 膜的顶面。另外，在上述结构中，第三氧化物膜优选接触于第二氧化物膜的侧面、氧化物半 导体膜的侧面及顶面。此外，在上述结构中，氧化物半导体膜所包含的氧化物的电子亲和势 优选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电子亲和势。
[0023] 或者，本发明的一个方式是一种包括第一氧化物膜及接触于第一氧化物膜的第 二氧化物膜的半导体装置，其中，第一氧化物膜包含铟、元素M及锌，第一氧化物膜所包 含的铟、元素M及锌的原子个数比满足铟：元素M:锌=x a:ya:za，并且，xa、ya、z a& a满 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 的任一个。
[0024] 或者，本发明的一个方式是一种包括第一氧化物膜及接触于第一氧化物膜的第二 氧化物膜的半导体装置，其中，第一氧化物膜包含铟、元素M及锌，第一氧化物膜所包含的 铟、元素M及锌的原子个数比满足铟：元素M:锌=x a:ya:za,第二氧化物膜包含铟、元素M 及锌，第二氧化物膜所包含的铟、元素M及锌的原子个数比满足铟：元素M:锌= Xb:yb:zb， xa、 ya& z a在以铟、元素M及锌的三个元素为顶点的平衡状态图中具有由依次连接第一 坐标（乂￡1:5^:2 ￡1=8:14:7)、第二坐标（1￡1:5^:2￡1=2:5:7)、第三坐标（1 ￡1:5^:2￡1=51:149:300)、第 四坐标（xa: ya: za=46:288:833 )、第五坐标（xa: ya: za=0:2:11)、第六坐标（xa: ya: za=0:0:1)、 第七坐标（xa:ya:Za=2 :2:l)以及上述第一坐标的线段围绕的范围内的原子个数比，并且， xb、 yb及z b在以铟、元素M及锌的三个元素为顶点的平衡状态图中具有由依次连接第一坐 标（xb:y b:zb=2:2:1)、第二坐标（xb:yb:z b=23:27:25)、第三坐标（xb:yb:zb=8:12:35)、第四 坐标（x b: yb: zb=4:0:7 )、第五坐标（xb: yb: zb=2:0:3 )、第六坐标（xb: yb: zb=7:1:8 )、第七坐标 (xb:yb:zb=10:4:7)以及上述第一坐标的线段围绕的范围内的原子个数比。
[0025] 在上述结构中，优选的是，半导体装置包括第一晶体管，并且，第二氧化物膜具