例如，如图22D所示，通过改变物质中的纳米束的电子624的照射位置(进行扫 描)，可以确认到物质的结构逐渐地产生变化的状况。此时，若物质628是CAAC-0S膜，则可 以观察到图22A所示的衍射图案。或者，若物质628是nc-OS膜，则可以观察到图22B所示 的具有亮点的环状衍射图案。
[0100] 如图22A所示，在CAAC-0S膜的衍射图案中，例如观察到位于六边形的顶点的斑 点。通过改变CAAC-OS膜的照射位置(进行扫描)，观察到该六边形方向不同而逐渐地旋转 的状态。旋转的角度具有某些宽度。
[0101] 或者，通过改变照射位置(进行扫描)，观察到CAAC-0S膜的衍射图案以C轴为中心 而逐渐地旋转的状态。这是例如也可以说a轴和b轴形成的面旋转。
[0102] [CAAC比率] 在此，即使物质628是CAAC-0S膜，有时也部分地观察到与nc结构等同样的衍射图案。 因此，有时可以以在一定范围内观察到CAAC结构的衍射图案的区域的比例(也称为CAAC比 率或CAAC化率)表示CAAC-0S膜的优劣。在此，CAAC比率优选为90%以上，更优选为95% 以上，进一步优选为97%以上且100%以下。
[0103] 以下说明CAAC-0S膜的CAAC比率的评价方法。随机选择测量点，取得透过电子衍 射图案，而算出相对于所有测量点的数量的观察到CAAC结构的衍射图案的测量点的数量 的比率。在此,测量点的数量优选为50点以上，更优选为100点以上。
[0104] 作为随机选择测量点的方法，例如可以直线状地扫描照射位置，按每个相等间隔 的时间取得衍射图案。通过扫描照射位置，可以确认具有CAAC结构的区域与其他区域的边 界等，所以是优选的。
[0105] 作为一个例子，对具有刚进行成膜之后(表示为as-sputtered)的CAAC-0S膜或在 包含氧的气氛中以450°C进行加热处理之后的CAAC-0S膜的各样品的顶面一边进行扫描一 边得到透射电子衍射图案。在此，一边以5nm/秒钟的速度进行扫描60秒钟一边观察衍射 图案，且每隔0. 5秒钟将观察到的衍射图案转换为静态图像，从而导出CAAC比率。注意，作 为电子线使用束径为lnm的纳米束。另外，对六个样品进行同样的测量。并且，利用六个样 品的平均值算出CAAC比率。
[0106] 此外，优选在因TEM图像的观察或电子衍射的测量等而照射电子线时结晶结构不 变化。例如，在利用日本日立高新技术公司（HitachiHigh-TechnologiesCorporation)制 造的H-9000NAR的情况下，例如加速电压优选为300kV以下，例如电子线的累积照射量（电 流密度X时间)优选为IX107e7nm2以下。另外，例如优选使用TEM图像等确认：结晶结构 在照射前后没有由于例如TEM图像的观察等而显著地变化。
[0107] 图23A示出各样品的CAAC比率。刚进行成膜之后的CAAC-0S膜的CAAC比率为 75. 7% (非CAAC比率为24. 3%)。另外，进行450°C的加热处理之后的CAAC-0S膜的CAAC 比率为85. 3% (非CAAC比率为14. 7%)。由此可知，与刚进行成膜之后相比，450°C的加热 处理之后的CAAC比率较高。也就是说，可知高温(例如400°C以上）下的加热处理降低非 CAAC比率(提高CAAC比率)。另外，在进行低于500°C的加热处理时也可以得到具有高CAAC 比率的CAAC-0S膜。
[0108] 在此，与CAAC结构不同的衍射图案的大部分是nc结构的衍射图案。另外，在测量 区域中观察不到与非晶氧化物半导体膜同样的衍射图案。由此可知，通过加热处理，具有nc 结构的区域受到相邻的区域的结构的影响而重新排列，并CAAC化。
[0109] 图23B及图23C是刚进行成膜之后及450°C的加热处理之后的CAAC-0S膜的平面 TEM图像。通过对图23B和图23C进行比较，可知450°C的加热处理之后的CAAC-0S膜的性 质更均匀。也就是说，可知通过高温的加热处理提高CAAC-0S膜的性质。
[0110] 通过采用这种测量方法，有时可以对具有多种结构的氧化物半导体膜进行结构分 析。
[0111] 例如，当对CAAC-0S膜进行截面TEM观察时，可以说CAAC比率越高，金属原子有规 律地排列为层状的区域越大。虽然在后面的实施例中详细地描述，但是例如在对CAAC比率 不同的两个CAAC-0S膜进行截面TEM观察时，有时在CAAC比率更大的膜中增大金属原子有 规律地排列为层状的区域。图59A示出对CAAC比率约为90%的CAAC-0S膜的截面进行观 察的结果，图59B示出对CAAC比率约为98%的CAAC-0S膜的截面进行观察的结果。在图 59A和图59B中以线表示的区域示出金属原子有规律地排列为层状的区域。在有规律地排 列的区域之间有时存在排列不明确的区域，有时CAAC-0S膜的CAAC比率越高，不明确的区 域越少。
[0112] 在此，考虑到如下情况：在进行纳米束电子衍射的情况下，CAAC-0S膜部分具有 CAAC结构之外的结构的区域，例如观察到nc结构的衍射图案的区域或者观察到尖晶石型 结晶结构的衍射图案的区域。在此情况下，在观察到CAAC结构的衍射图案的区域与观察到 其他结构的衍射图案的区域之间的边界，例如有时增大载流子的散射而导致载流子迁移率 的下降。此外，由于考虑到边界部容易成为杂质的移动路径且容易俘获杂质，所以有增大 CAAC-0S膜的杂质浓度的担忧。
[0113] 尤其是，在具有其他结构的区域为具有尖晶石型结晶结构的区域的情况下，有时 在具有与CAAC结构的区域之间观察到明确的边界，因此有时在其边界部中由于载流子的 散射等而电子迁移率下降。另外，在CAAC-0S膜上形成导电膜的情况下，有时导电膜所包含 的元素如金属等扩散到尖晶石型结晶结构的区域与其他区域之间的边界。在具有尖晶石型 结晶结构的膜中，有时膜中的杂质浓度如氢浓度上升，例如有可能考虑到在晶界部分中氢 等杂质被俘获。因此，CAAC-0S膜尤其优选不包含尖晶石型结晶结构或者尖晶石型结晶结 构较少。
[0114][原子个数比] 考虑到氧化物半导体膜包含铟、元素M及锌的情况。在此，元素M优选是铝、镓、钇或锡 等。作为可用作元素M的其他元素，有硼、硅、钛、铁、镍、锗、钇、锆、钥、镧、铈、钕、铪、钽、钨 等。注意，作为元素M有时也可以组合多个上述元素。参照图1A至图2B说明氧化物半导 体膜所包含的铟、元素M及锌的原子个数比x:y:z的优选的范围。
[0115] 在此，使用图3A和图3B说明各元素的原子个数比。图3A及图3B示出以X、Y及 Z为顶点的正三角形以及作为坐标点的例子的坐标点R(4:2:1)。在此，各顶点分别表示元 素X、Y及Z。各个原子个数比越近于各顶点越高，越远于各顶点越低。如图3A所示，各个原 子个数比被表示为坐标点与三角形的顶点的对边之间的垂线的长度。例如，元素X被表示 为坐标点与顶点X的对边即边YZ之间的垂线21的长度。因此，在图3A和图3B所示的坐 标R中，元素X、元素Y及元素Z的原子个数比表示垂线21、垂线22及垂线23的长度的比 例，S卩X:y:Z=4:2:l。另外，将经过顶点X和坐标点R的直线与边YZ交叉的点称为Y。此 时，在将线YY的长度与线YZ的长度的比例设定为YY:YZ的情况下，满足YY:YZ=(元 素Z的原子个数）：（元素Y的原子个数)。
[0116] 如图3B所示，划经过坐标点R并分别与三角形的三个边分别平行的三条直线。此 时，使用三条直线与三个边的交点，x、y及z可以如图3B所示。
[0117] 图1A至图2B示出氧化物半导体膜所包含的铟、元素M及锌的原子个数比的范围。 在此，图1A至图2B示出元素M为Ga的例子。注意，图1A至图2B不记载氧的原子个数比。
[0118] 例如，如非专利文献1所记载，已知在包含铟、元素M及锌的氧化物中存在以InM03 (Zn0)m(m为自然数)表示的同源相（同系列）。在此，考虑到元素M为Ga的情况的例子。在 图1A和图1B中以粗直线表示的区域是已知例如在将In203、Ga203及ZnO的粉末以图1A和 图1B所示的区域的比例混合并以1350°C的温度焙烧的情况下有可能为单一相的固溶区域 的区域。此外，在图1A和图1B中以四边形的符号表示的坐标已知具有容易混合尖晶石型 结晶结构的组成。
[0119] 例如，作为具有尖晶石型结晶结构的化合物，已知ZnGa204等以ZnM204表示的化合 物。例如，在非专利文献1中，记载了：在如图1A和图1B所示具有ZnGa204附近的组成，即 x、y及z具有近似于（x:y:z)= (0:1:2)的值的情况下，容易形成或混合尖晶石型结晶结构。
[0120] 在此，氧化物半导体膜优选为CAAC-0S膜。在CAAC-0S膜中尤其优选不包含尖晶 石型结晶结构。为了提高载流子迁移率优选提高In的含有率。在包含铟、元素M及锌的氧 化物半导体中，重金属的s轨道主要有助于载流子传导，并且，通过增加铟的含有率来增加 s轨道的重叠，由此铟的含有率多的氧化物的迁移率比铟的含有率少的氧化物高。因此，通 过将铟含量高的氧化物用于氧化物半导体膜，可以提高载流子迁移率。
[0121] 因此，氧化物半导体膜所包含的铟、元素M及锌的原子个数比x:y:z例如 优选在图1B所示的区域11的范围内。在此，区域11是具有依次连接第一坐标K (x:y:z=8:14:7)、第二坐标L(x:y:z=2:5:7)、第三坐标M(x:y:z=51:149:300)、第四坐标 N(x:y:z=46:288:833)、第五坐标 0 (x:y:z=0:2:ll)、第六坐标P(x:y:z=0:0:l)、第七坐 标Q(x:y:z=l:0:0)以及上述第一坐标K的范围内的原子个数比的区域。注意，区域11包 括线上的坐标。
[0122] 通过将x:y:z设定为图1B所示的区域11，在纳米束电子衍射图案时可以使尖晶 石型结晶结构没有观察到或尽可能减少观察到的比率。由此，可以获得优良的CAAC-0S膜。 另外，因为能够减少CAAC结构与尖晶石型结晶结构之间的境界的载流子散射等，所以在将 氧化物半导体膜用于晶体管的情况下，可以实现场效应迁移率高的晶体管。另外，可以实现 可靠性高的晶体管。
[0123] 在此，为了提高氧化物半导体膜的CAAC比率，优选提高锌的原子个数比。在图1A 至图2B中，以虚线表示铟、元素M及锌的原子个数比x:y:z满足如下算式（1)的范围。
[0124][算式1]
【主权项】
1. 一种氧化物半导体膜， 其中，使用束径的半宽度为Inm的电子束在使所述氧化物半导体膜的位置与所述电子 束的位置相对地移动的同时对所述氧化物半导体膜的被形成面进行照射，由此观察到所述 氧化物半导体膜具有多个电子衍射图案， 所述多个电子衍射图案包括在不同的地点观察的50个以上的电子衍射图案， 所述多个电子衍射图案的方向随机分布， 在所述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%， 在所述50个以上的电子衍射图案中所述第一电子衍射图案所占的比率为90%以上， 所述第一电子衍射图案包括表示c轴朝向大致垂直于所述氧化物半导体膜的被形成 面的