(12)發(fā)明專利(65)同一申請的已公布的文獻號(30)優(yōu)先權數(shù)據(jù)(62)分案原申請數(shù)據(jù)(73)專利權人株式會社半導體能源研究所地址日本神奈川(72)發(fā)明人高橋正弘廣橋拓也津吹將志石原典隆太田將志(74)專利代理機構中國貿(mào)促會專利商標事務所有限公司11038專利代理師賈成功H10DH01L21/66(2006.01)審查員盛浩(54)發(fā)明名稱金屬氧化物膜及金屬氧化物膜的形成方法提供一種包含晶體部且物理性質(zhì)的穩(wěn)定性高的金屬氧化物膜。晶體部的尺寸小于或等于10nm,因此當測量區(qū)域大于或等于5nmφ且小于或等于10nm2包含柵電極、所述柵電極上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的氧化物半導體層，所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,所述柵極絕緣膜具有氧化硅。包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的柵電極，所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,所述柵極絕緣膜具有氧化硅。包含柵電極、所述柵電極上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的氧化物半導體層，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,所述柵極絕緣膜具有氧化硅，作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。包含柵電極、所述柵電極上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的氧化物半導體層，所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×102原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,3所述柵極絕緣膜具有氧化硅，作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。包含柵電極、所述柵電極上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的氧化物半導體層，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×1022原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,所述柵極絕緣膜具有氧化硅，作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,所述柵極絕緣膜具有氧化硅，作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的柵電極，所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×102原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,所述柵極絕緣膜具有氧化硅，作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。4包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×1022原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,所述柵極絕緣膜具有氧化硅，作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。9.根據(jù)權利要求1-8的任一項所述的晶體管，其特征在于，所述納米束電子衍射圖案為照射光束直徑1nm⑨的電子束而觀察到。10.根據(jù)權利要求1-8的任一項所述的晶體管，其特征在于，所述氧化物半導體層具有用XRD測量沒有觀察到由所述多個納米晶體所引起的峰值的區(qū)域。11.根據(jù)權利要求1-8的任一項所述的晶體管，其特征在于，所述氧化物半導體層具有第一氧化物半導體層、和所述第一氧化物半導體層上的第二氧化物半導體層。12.根據(jù)權利要求1-8的任一項所述的晶體管，其特征在于，所述多個納米晶體的各自的尺寸大于或等于1nm且小于或等于10nm。13.根據(jù)權利要求1-8的任一項所述的晶體管，其特征在于，14.根據(jù)權利要求1-8的任一項所述的晶體管，其特征在于，具有與所述氧化物半導體層電連接的源電極及漏電極，15.根據(jù)權利要求14所述的晶體管，其特征在于，所述氧化物半導體層的側面具有與所述源電極或所述漏電極接觸的區(qū)域。所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有5示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×102原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,6作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×102原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述第一布線與所述信號線驅(qū)動電路電連接，所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述掃描線驅(qū)動電路電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第三布線具有作為電源線的功能，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。7所述第一布線與所述信號線驅(qū)動電路電連接，所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述掃描線驅(qū)動電路電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第三布線具有作為電源線的功能，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述第一布線與所述信號線驅(qū)動電路電連接，所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述掃描線驅(qū)動電路電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第三布線具有作為電源線的功能，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×1022原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述氧溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，8所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述第一布線與所述信號線驅(qū)動電路電連接，所述第一布線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述第二布線與所述掃描線驅(qū)動電路電連接，所述第二布線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第三布線電連接，所述第三布線具有作為電源線的功能，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×1022原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述信號線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述掃描線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述電源線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，9所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述信號線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述掃描線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述電源線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述信號線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述掃描線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述電源線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×102原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。所述信號線與所述第一晶體管的源電極或漏電極的一者電連接，所述掃描線與所述第一晶體管的柵電極電連接，所述第一晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述第二晶體管的柵電極電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的一者與所述發(fā)光元件電連接，所述第二晶體管的源電極或漏電極的另一者與所述電源線電連接，所述第二晶體管包含氧化物半導體層、所述氧化物半導體層上的柵極絕緣膜、和所述柵極絕緣膜上的所述第二晶體管的柵電極，所述氧化物半導體層的碳濃度不到4×1021原子/cm3,所述氧化物半導體層的氫濃度不到1×102原子/cm3,所述氧化物半導體層的溝道形成區(qū)包含通過納米束電子衍射圖案所觀察到不是具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的多個斑點、而是呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)所述溝道形成區(qū)具有多個納米晶體，所述多個納米晶體的表面取向不規(guī)則，所述多個納米晶體的各自的尺寸小于或等于10nm,作為所述氧化物半導體層，使用In:Ga:Zn=1:1:1的原子數(shù)比的靶材。28.根據(jù)權利要求16-27的任一項所述的顯示裝置，其特征在于，29.根據(jù)權利要求16-27的任一項所述的顯示裝置，其特征在于，30.根據(jù)權利要求29所述的顯示裝置，其特征在于，所述氧化物半導體層的側面具有與所述第二晶體管的所述源電極或所述漏電極接觸的區(qū)域。31.根據(jù)權利要求16-27的任一項所述的顯示裝置，其特征在于，所述多個納米晶體的各自的尺寸大于或等于1nm且小于或等于10nm。32.根據(jù)權利要求16-27的任一項所述的顯示裝置，其特征在于，所述氧化物半導體層具有用XRD測量沒有觀察到由所述多個納米晶體所引起的峰值的區(qū)域。33.根據(jù)權利要求16-27的任一項所述的顯示裝置，其特征在于，所述納米束電子衍射圖案為照射光束直徑1nm9的電子束而觀察到。34.根據(jù)權利要求16-27的任一項所述的顯示裝置，其特征在于，所述氧化物半導體層具有第一氧化物半導體層、和所述第一氧化物半導體層上的第二氧化物半導體層。35.根據(jù)權利要求16-27的任一項所述的顯示裝置，其特征在于，所述柵極絕緣膜具有氧化硅。11技術領域[0002]本發(fā)明的一個方式例如涉及一種半導體器件、顯示器件、發(fā)光器件、其驅(qū)動方法、或其制造方法。本發(fā)明的一個方式尤其涉及一種金屬氧化物膜及金屬氧化物膜的形成方法。進一步地，本發(fā)明的一個方式涉及一種包含金屬氧化物膜的半導體器件。[0003]注意，在本說明書中的半導體器件等是指可通過利用半導體特性而作用的所有器背景技術[0004]使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜而形成晶體管的技術已引起注意。該晶體管廣泛地應用于集成電路(IC)及圖像顯示器件(也稱為顯示器件)等電子設備。作為可應用于晶體管的半導體膜，硅類半導體材料廣泛地已知；此外，作為其他材料，顯現(xiàn)半導體特性的金屬氧化物(氧化物半導體)引起注意。[0005]例如，專利文獻1公開了使用包含In、Zn、Ga和Sn等的非晶氧化物作為氧化物半導[0008][專利文獻1]日本專利申請公開第2006-165529號公報發(fā)明內(nèi)容[0009]本發(fā)明的一個方式的目的之一是提供一種包含晶體部的金屬氧化物膜。[0010]本發(fā)明的一個方式的其他目的是提供一種物理性質(zhì)的穩(wěn)定性高的金屬氧化物膜。[0011]本發(fā)明的一個方式的其他目的是提供一種包含上述金屬氧化物膜的可靠性高的半導體器件。[0012]本發(fā)明的一個方式的其他目的是提供一種新穎的半導體器件。注意，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。本發(fā)明的一個方式并不需要實現(xiàn)所有上述目的。這些目的以外的目的從說明書、附圖、權利要求書等的記載是顯然的，并可以從所述[0013]所公開的發(fā)明的一個方式是一種金屬氧化物膜，該金屬氧化物膜包含微小的晶體部，其中在宏觀上觀察不到原子排列的周期性，或在宏觀上觀察不到原子排列的長程有序。本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜包含在平面的選區(qū)電子衍射圖案中觀察出示出非晶狀態(tài)的光暈圖案的區(qū)域。另一方面，在截面的納米束電子衍射圖案中，觀察不到光暈圖案，而觀察到不具有方向性的斑點，該斑點與具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的斑點不同。具體而言，本發(fā)明的一個方式例如是具有以下結構的金屬氧化物膜。[0014]本發(fā)明的一個方式是一種金屬氧化物膜，該金屬氧化物膜包含在在截面的納米束電子衍射圖案中觀察出呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)域。[0015]本發(fā)明的其他的一個方式是一種金屬氧化物膜，該金屬氧化物膜包含在截面的納米束電子衍射圖案中觀察出呈圓周狀分布的多個斑點，且在平面的選區(qū)電子衍射圖案中觀察出光暈圖案的區(qū)域。[0016]在上文中，選區(qū)電子衍射的測量區(qū)域優(yōu)選大于或等于300nmφ。[0017]在上文中，納米束電子衍射的測量區(qū)域優(yōu)選大于或等于5nmφ且小于或等于10nmφ。注意，通過照射光束直徑收斂至1nmφ的電子束，可獲得具有大于或等于5nmφ且小于或等于10nmφ的測量區(qū)域的納米束電子衍射圖案。[0018]在上文中，該納米束電子衍射圖案優(yōu)選為變薄至大于10nm且小于或等于50nm的樣品的截面的納米束電子衍射圖案。[0019]在上文中，金屬氧化物膜優(yōu)選包含晶體部，且該晶體部的尺寸優(yōu)選小于或等于[0020]本發(fā)明的一個方式是一種包含晶體部的金屬氧化物膜，該晶體部包含具有以下特征的區(qū)域：在具有大于或等于5nmq且小于或等于10nmq的測量區(qū)域的納米束電子衍射中，從變薄至大于10nm且小于或等于50nm的金屬氧化物膜的截面中觀察到呈圓周狀分布的多個斑點，而從變薄至小于或等于10nm的金屬氧化物膜的截面中觀察到具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的斑點。[0022]本發(fā)明的其他的一個方式是金屬氧化物膜的形成方法，該金屬氧化物膜包含在截面的納米束電子衍射圖案中觀察出呈圓周狀分布的多個斑點的區(qū)域。該金屬氧化物膜在室溫且包含氧的氣氛中通過使用氧化物靶材的濺射法形成。[0023]在上述金屬氧化物膜的形成方法中，氣氛中的氧的分壓優(yōu)選大于或等于33%。[0024]本發(fā)明的一個方式可提供一種包含晶體部的金屬氧化物膜。[0025]進一步地，本發(fā)明的一個方式可提供一種物理性質(zhì)的穩(wěn)定性高的金屬氧化物膜。而且，通過在半導體器件中使用金屬氧化物膜，該半導體器件可具有高可靠性。附圖說明[0026]圖1A是本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的截面TEM圖像，圖1B至圖1D是其納米束電子衍射圖案；[0027]圖2A是本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的平面TEM圖像，圖2B是其選區(qū)電子衍射圖案；[0029]圖4是石英玻璃襯底的納米束電子衍射圖案；[0031]圖6示出本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的X射線衍射分析的結果；[0032]圖7是本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射圖案；[0033]圖8是本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射圖案；[0034]圖9A至圖9C示出一個實施方式中的晶體管的結構實例；[0035]圖10A至圖10D示出一個實施方式中的晶體管的形成方法的實例；[0036]圖11A至圖11C示出一個實施方式中的晶體管的結構實例；[0037]圖12A至圖12C示出一個實施方式中的顯示面板的結構；[0038]圖13是一個實施方式中的電子設備的方框圖；[0039]圖14A至圖14D是一個實施方式中的電子設備的外視圖；[0040]圖15A是本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的截面TEM圖像，圖15B至圖15E是其納米束電子衍射圖案；[0041]圖16是示出通過離子研磨法使樣品變薄的方法的概念圖；[0042]圖17A至圖17D是本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射圖案；[0043]圖18A及圖18B示出比較實例及一個實施方式中的金屬氧化物膜的SIMS分析結果；[0044]圖19A至圖19D示出通過液相法所制備的樣品的X射線衍射分析的結果；[0046]圖21A至圖21C是比較實例中的樣品的納米束電子衍射圖案，圖21D是本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射圖案；[0047]圖22示出使用于計算的氧化物半導體層的晶體結構；[0048]圖23A至圖23D示出氫的添加對晶體狀態(tài)的影響的計算結果；[0049]圖24A至圖24D示出通過XPS的本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜及比較實例中的樣品中的鍵能的測量結果。具體實施方式[0050]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。注意，本發(fā)明不局限于以下說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及觀點可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅局限在以下所示的實施方式的內(nèi)容20C、及圖21A至圖21D,說明本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜。[0053]<金屬氧化物膜中的晶體部>[0054]本實施方式的金屬氧化物膜包含微小的晶體部，其中在宏觀上觀察不到原子排列的周期性，或在宏觀上觀察不到原子排列的長程有序。因此，當測量區(qū)域比包含于上述金屬氧化物膜中的晶體部更大(更寬)時，有時不能利用電子衍射觀察出具有示出晶體狀態(tài)的規(guī)律性的斑點。[0055]<<截面TEM圖像及納米束電子衍射圖案>>及圖1D是通過納米束電子衍射分別觀察圖1A中的點1、2、及3處的[0057]作為金屬氧化物膜的實例，將50nm厚的In-Ga-Zn類氧化物膜形成于石英玻璃襯底上。該金屬氧化物膜在如下條件下形成；使用In、Ga及Zn的原子使用氧氣氛(45sccm的流量);壓力為0.4Pa;直流(DC)電源為0.5kW;以及襯底溫度為室溫。然后，使所形成的金屬氧化物膜變薄至大約50nm(例如，40nm±10nm),且觀察截面TEM圖像及納米束電子衍射圖案。[0058]金屬氧化物膜的截面TEM圖像以300kV的加速電壓及2000000倍的放大率使用透射電子顯微鏡(HitactiHigh-TechnologiesCorporation所制造的“H-9000NAR”)觀察。納米束電子衍射以200kV的加速電壓及大約1nmφ的光束直徑使用透射電子顯微鏡(HitachiHigh-TechnologiesCorporation所制造的“HF-2000”)執(zhí)行。注意，納米束電子衍射的測量區(qū)域大于或等于5nmφ且小于或等于10nmφ。[0059]如圖1B所示，在本實施方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射中，觀察到圓周狀的斑點(光點)。這意味著，在本實施方式的金屬氧化物膜的情況下，觀察到呈圓周狀分布的[0060]進一步地，在示出厚度方向上的金屬氧化物膜的中央部分的圖1C中及在示出與石英玻璃襯底的界面附近處的圖1D中，與圖1B中相似地觀察到呈圓周狀分布的多個斑點。在圖1C中，第一圓的半徑(從主斑點至周邊的距離)為在3.88/nm至4.93/nm的范圍中，或當被轉換成為平面間距時，在0.203nm至0.257nm的范圍中。[0061]除了示出非晶狀態(tài)的光暈圖案之外，在圖1B至圖1D所示的納米束電子衍射圖案中觀察出多個斑點。這證實本實施方式的金屬氧化物膜包含晶體部。然而，在圖1B至圖1D所示的納米束電子衍射圖案中觀察出不具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性且不具有方向性的斑點。因而，可認為本實施方式的金屬氧化物膜包含其表面取向不規(guī)則且其尺寸互相不同的多個晶體部。[0062]圖5A及圖5B是圖1A的截面TEM圖像的部分放大圖。率觀察圖1A中的點1附近處(金屬氧化物的表面)的截面TEM圖像。圖5B是以8000000倍的觀察放大率觀察圖1A中的點2附近處(金屬氧化物膜的厚度方向上的中央部分)的截面TEM圖[0063]在圖5A及圖5B所示的本實施方式的金屬氧化物膜的截面TEM圖像中，不能明確地觀察出晶體結構。[0064]<<平面TEM圖像及選區(qū)電子衍射圖案>>[0065]圖2A是本實施方式的金屬氧化物膜的平面TEM圖像。圖2B示出通過選區(qū)電子衍射觀察由圖2A中的圓所包圍的區(qū)域的電子衍射圖案。[0066]作為金屬氧化物膜的實例，將50nm厚的In-Ga-Zn類氧化物膜形成于石英玻璃襯底上。該金屬氧化物膜在如下條件下形成：使用In、Ga及Zn的原子數(shù)比為1:1:1的氧化物靶材；使用氧氣氛(45sccm的流量);壓力為0.4Pa;直流(DC)電源為0.5kW;以及襯底溫度為室溫。然后，使所形成的金屬氧化物膜變薄至大約50nm(例如，40nm±10nm),且觀察平面TEM圖像及選區(qū)電子衍射圖案。[0067]以300kV的加速電壓使用透射電子顯微鏡(HitachiHigh-TechnologiesCorporation所制造的“H-9000NAR”)獲得圖2A及圖2B所示的圖像。為了要獲得圖2A中的圖像，以500000倍的觀察放大率觀察金屬氧化物膜的平面。圖2B示出通過選區(qū)電子衍射所獲得的圖2A中的圓中的區(qū)域的衍射結果。圖2B中的圖案是通過選擇區(qū)域為300nmφ的申子衍射而獲得的?？紤]到電子束的擴展(幾nm左右),測量區(qū)域大于或等于300nmφ。[0068]如圖2B所示，在本實施方式的金屬氧化物膜的情況下，在通過其測量區(qū)域?qū)捰诩{米束電子衍射的選區(qū)電子衍射觀察的電子衍射圖案中，觀察不到通過納米束電子衍射觀察到的多個斑點，而觀察到光暈圖案。因此，可將本實施方式的金屬氧化物膜視為包含微小晶體部的金屬氧化物膜，其中在宏觀上(例如，在測量區(qū)域大于或等于300nmφ的情況下)觀察不到原子排列的周期性，或在宏觀上觀察不到原子排列的長程有序。[0069]<<電子衍射強度分布的概念圖>>[0070]圖3A至圖3C概念地示出圖1B至圖1D以及圖2A及圖2B中的電子衍射圖案中的衍射強度分布。圖3A是圖1B至圖1D中的納米束電子衍射圖案中的衍射強度分布的概念圖。圖3B是圖2B中的選區(qū)電子衍射圖案中的衍射強度分布的概念圖。圖3C是理想的多晶結構的電子衍射圖案中的衍射強度分布的概念圖。[0071]在圖3A至圖3C中，縱軸表示電子衍射強度(任意單位)以及橫軸表示從主斑點的距離。[0072]在圖3C所示的理想的多晶結構中，在基于晶體部所取向的平面的平面間距(d值)的離主斑點的特定距離處觀察出峰值。在該情況下，在電子衍射圖案中，在離主斑點的特定距離處清楚地觀察到線寬小的環(huán)形。[0073]另一方面，如圖1B至圖1D所示，在本實施方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射圖案中所觀察到的多個斑點所形成的圓周狀區(qū)域的線寬比較大。因而，如圖3A所示，其電子束衍射強度離散地分布，且包含峰值被分布的多個區(qū)(峰值區(qū))。注意，在納米束電子衍射圖案中的多個圓周狀的區(qū)域之間觀察到少數(shù)斑點。這意味著，如圖3A所示，衍射峰值存在于兩個峰值區(qū)之間。[0074]另一方面，如圖3B所示在本實施方式的金屬氧化物膜的選區(qū)電子衍射圖案中的電子束衍射強度分布是連續(xù)的。因為圖3B可近似于在寬域中通過觀察圖3A所示的電子束衍射強度分布所獲得的結果，所以可認為圖3A中的峰值區(qū)是積分的，且獲得連續(xù)的強度分布。[0075]圖3A至圖3C示出本實施方式的金屬氧化物膜包含多個晶體部，其表面取向不規(guī)則且其尺寸互相不同，以及晶體部是微小的，以致使斑點不在選區(qū)電子衍射圖案中被觀察出。[0076]在如圖1B至圖1D所示的納米束電子衍射圖案中觀察到多個斑點的金屬氧化物膜被變薄至大約50nm。進一步地，因為電子束的直徑收斂至1nmφ,所以測量區(qū)域大于或等于5nm且小于或等于10nm。從而，可認為包含于本實施方式的金屬氧化物膜中的晶體部的尺寸至少小于或等于50nm,例如，小于或等于10nm或小于或等于5nm。[0077]<《極薄樣品的納米束電子衍射圖案>>[0078]在包含于本實施方式的金屬氧化物膜中的晶體部的尺寸小于或等于10nm或小于或等于5nm的情況下，深度方向上的測量區(qū)域大于使金屬氧化物膜變薄至大約50nm的樣品中的晶體部的尺寸；因而有時在測量區(qū)域中觀察到多個晶體部。所以，形成變薄至小于或等于10nm的金屬氧化物膜，且通過納米束電子衍射而觀察其截面。[0079]以下示出樣品的制造方法。將50nm厚的In-Ga-Zn類氧化物膜形成于石英玻璃襯底上。該膜在如下條件下形成：使用In、Ga及Zn的(45sccm的流量);壓力為0.4Pa;直流(DC)電源為0.5kW;以及襯底溫度為室溫。在形成金屬氧化物膜之后，第一熱處理在氮氣氛中以450℃執(zhí)行1小時，以及第二熱處理在包含氮及氧的氣氛中以450℃執(zhí)行1小時。[0080]通過使用Ar離子的離子研磨法使執(zhí)行第二熱處理之后的金屬氧化物膜進一步變薄。首先，將形成有金屬氧化物膜的石英玻璃襯底附著到用于強化的虛擬襯底。然后，通過切除及研磨使該膜變薄至大約50μm。之后，如圖16所示，對設置在石英玻璃襯底200及虛擬襯底202的金屬氧化物膜204以斜角(約3°)照射氬離子，以執(zhí)行離子研磨，而形成變薄至大約50nm(40nm±10nm)的區(qū)域210a,及變薄至小于或等于10nm,例如，5nm至10nm的區(qū)域210b。[0081]圖15A是對應于區(qū)域210a的變薄至大約50nm的樣品的截面TEM圖像。圖15B至圖15E示出通過納米束電子衍射觀察圖15A所示的截面的電子衍射圖案。圖15B示出使用其光束直徑收斂至1nmφ的電子束而觀察到的電子衍射圖案。圖15C示出使用其光束直徑收斂至10nmφ的電子束而觀察到的電子衍射圖案。圖15D示出使用其光束直徑收斂至20nmφ的電子束而觀察到的電子衍射圖案。圖15E示出使用其光束直徑收劍至30nmφ的電子束而觀察到的電子衍射圖案。[0082]如圖15B所示，與圖1B至圖1D相似，在執(zhí)行熱處理之后的金屬氧化物膜中也觀察到呈圓周狀分布的多個斑點(光點)。進一步地，如圖15C至圖15E所示，當電子束的直徑增大以觀察更寬廣的測量區(qū)域時，則該多個斑點逐漸地模糊。[0083]圖17A至圖17D示出對應于區(qū)域210b的變薄至小于或等于10nm的樣品中的四個給定點處的納米束電子衍射圖案。使用其光束直徑收斂至1nmφ的電子束而觀察出納米束電子衍射圖案。[0084]在圖17A及圖17B中，觀察到具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的斑點。這意味著本實施方式的金屬氧化物膜的確包含晶體部。另一方面，在圖17C及圖17D中，觀察到呈圓周狀分布的多個斑點(光點)。[0085]如上所述，包含于本實施方式的金屬氧化物膜中的晶體部的尺寸是微小的，至少于10nm且電子束的直徑收斂至1nmφ,以使測量區(qū)域小于例如，一個晶體部的尺寸的情況下，可根據(jù)測量區(qū)域而觀察到具有示出以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的斑點。在多個晶體部包含于觀察區(qū)域中的情況下，透過晶體部的電子束進一步照射到位于深度方向上的其他晶體部，這可引起多個納米束電子衍射圖案的觀察。[0086]<<石英襯底的納米束電子衍射圖案>>[0087]圖4示出石英玻璃襯底的納米束電子衍射圖案。測量條件與用于圖1B至圖1D所示的氧化物半導體膜相同。[0088]如圖4所示，在具有非晶結構的石英玻璃襯底的情況下，觀察到由衍射沒有獲得特定斑點且其亮度從主斑點逐漸改變的光暈圖案。因此，即使對微小區(qū)域執(zhí)行電子衍射，也在具有非晶結構的膜中觀察不到如在本實施方式的金屬氧化物膜中所觀察到的圓周狀斑點。由此確認到在圖1B至圖1D中所觀察到的圓周狀的斑點是本實施方式的金屬氧化物膜特有[0089]<<連續(xù)照射納米束之后的電子衍射圖案>>[0090]圖8示出在對圖1A中的點2照射其光束直徑收斂至大約1nmφ的電子束一分鐘后所觀察的電子衍射圖案。[0091]與圖1C所示的電子衍射圖案相似，在圖8所示的電子衍射圖案中觀察到呈圓周狀分布的多個斑點，且在圖1C及圖8中的電子衍射圖案之間沒有很大的差異。這意味著，由圖1C所確認到的晶體部當形成本實施方式的金屬氧化物膜時形成，且并非通過收斂的電子束的照射而形成的。[0092]<<通過X射線衍射的分析>>[0093]通過X射線衍射(XRD)對在圖1A至圖1D以及圖2A及圖2B中使用的形成于石英玻璃襯底上的本實施方式的金屬氧化物膜的樣品進行分析。圖6示出由out-of-plane法測量出[0094]在圖6中，縱軸表示X射線衍射強度(任意單位)以及橫軸表示衍射角度20(度)。注[0095]如圖6所示，對應于石英的峰值出現(xiàn)在大約20=20°至23°處；然而，確認不到對應于金屬氧化物膜中所包含的晶體部的峰值。[0096]在圖6中的結果示出本實施方式的金屬氧化物膜中所包含的晶體部是微小的。[0097]依據(jù)上述結果，可認為，本實施方式的金屬氧化物膜是表面取向不規(guī)則的晶體部凝集的膜。[0098]此外，可認為，包含于本實施方式的金屬氧化物膜中的晶體部的尺寸例如小于或等于10nm或小于或等于5nm。本實施方式的金屬氧化物膜包含例如其尺寸大于或等于1nm且小于或等于10nm的晶體部(納米晶體(nc))。[0099]<形成金屬氧化物膜的方法>[0100]下面說明形成本實施方式的金屬氧化物膜的方法。如上所述，本實施方式的金屬氧化物膜在室溫且包含氧的氣氛中通過濺射法形成。通過采用包含氧的氣氛，可降低金屬氧化物膜中的氧空缺，并且可形成包含晶體部的膜。[0101]<<氧空缺的降低>>[0102]本實施方式的金屬氧化物膜中的氧空缺的降低允許具有穩(wěn)定物理性質(zhì)的膜的形成。特別地，在半導體器件使用氧化物半導體膜作為本實施方式的金屬氧化物膜而形成的情況下，氧化物半導體膜中的氧空缺引起載流子的產(chǎn)生；其結果是，半導體器件的電特性變化。因此，使用其中氧空缺被降低的氧化物半導體膜形成的半導體器件可以具有高可靠性。[0103]注意，優(yōu)選增高沉積氣氛中的氧分壓，因為可進一步降低本實施方式的金屬氧化物膜中的氧空缺。例如，沉積氣氛中的氧分壓優(yōu)選大于或等于33%。[0104]圖7示出以33%的氧分壓形成的本實施方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射圖案。除了使用氬及氧的混合氣氛(Ar及0?的流量分別為30sccm及15sccm)作為沉積氣氛之外，圖7中所示的本實施方式的金屬氧化物膜在與圖1A至圖1D中所示的金屬氧化物膜相似的條件下形成。以與用于圖1B至圖1D所說明的方式相似的方式進行納米束電子衍射。[0105]在以33%的氧分壓形成的本實施方式的金屬氧化物膜中，在圖7所示的納米束電子衍射圖案中也觀察出圓周地配置的斑點。這確認了形成包含晶體部的金屬氧化物膜。[0106]<<通過濺射法的沉積>>[0107]可用于形成本實施方式的金屬氧化物膜的氧化物靶材不局限于In-Ga-Zn類氧化[0108]包含晶體部的本實施方式的金屬氧化物膜優(yōu)選使用包含多晶氧化物的濺射靶材形成，該多晶氧化物包含多個晶粒。其理由為如下。在濺射靶材包含多個晶粒且具有由于多個晶粒間的薄弱的鍵合而有可能導致晶粒裂開的界面的情況下，當離子與濺射靶材碰撞時，晶粒沿著界面裂開，由此有時可以獲得平板狀濺射粒子。所獲得的平板狀濺射粒子沉積在襯底上；從而，有時形成包含納米晶體區(qū)的金屬氧化物膜。注意，形成本實施方式的金屬氧化物膜的上述機理是一個考察。[0109]上述本實施方式的金屬氧化物膜包含多個晶體部，其表面取向不規(guī)則且其尺寸是互相不同，并且晶體部微小，因此在選區(qū)電子衍射圖案中不能觀察到斑點。[0110]進一步地，本實施方式的金屬氧化物膜包含具有晶體部的區(qū)域，并具有穩(wěn)定的物理性質(zhì)。因此，通過在半導體器件中使用本實施方式的金屬氧化物膜，該半導體器件可具有高可靠性。[0112]在本比較實例中，將參照附圖說明通過液相法形成的金屬氧化物膜的晶體度。[0113]以下，將說明形成本比較實例的金屬氧化物膜的方法。1:1:1的組成比的In、Ga、及Zn,且通過旋涂法將該混合物涂敷在玻璃襯底。旋涂法的條件為如下：使用旋轉器；以及從900rpm至2000rpm逐步地改變旋轉速率。[0115]然后，在大氣氣氛中使用熱板進行150℃的第一加熱處理兩分鐘。[0116]接著，在大氣氣氛中進行450℃的第二加熱處理一小時。通過X射線光電子光譜儀(XPS)分析被進行第二加熱處理的本比較實例的金屬氧化物膜(通過液相法形成)的鍵合狀態(tài)、在與圖7中所示的金屬氧化物膜相同的條件下形成的本實施方式的金屬氧化物膜(通過濺射法形成)的鍵合狀態(tài)。圖24A至圖24D示出分析結果。[0117]利用PhysicalElectronics,Inc.所制造的QuanteraSXM作為分析設備進行XPS軌道(參照圖24B)、Zn的3p軌道(參照圖24C)、以及0的1s軌道(參照圖24D)的區(qū)域中的光譜。圖24A至圖24D中的實線對應通過液相法形成的本比較實例的In-Ga-Zn氧化物膜的分析結果。圖24A至圖24D中的虛線對應通過濺射法(濺射)形成的本實施方式的In-Ga-Zn氧化物膜的分析結果。[0118]在圖24A至圖24D中，雖然在鍵能之間具有細微的差異，但通過液相法形成的本比較實例的金屬氧化物膜以及通過濺射法形成的本實施方式的金屬氧化物膜具有實質(zhì)相同的光譜形狀。因此，通過液相法形成的本比較實例的金屬氧化物膜被確定為In-Ga-Zn氧化物膜。[0119]接著，通過XRD分析所形成的比較實例的樣品。圖19A至圖19D示出利用out-of-plane法的分析結果。[0120]在XRD分析中，使用在第一加熱處理之后，在的第二加熱處理一小時的In-Ga-Zn氧化物膜的樣品。[0121]在圖19A至圖19D中，縱軸表示X射線衍射強度(任意單位),橫軸表示衍射角20[0122]圖19A示出通過液相法形成的本比較實例的樣品的測量結果。沒有進行加熱處理的樣品的XRD圖案是以“as-depo”表示的圖案。注意，圖19B至圖19D示出通過液相法形成且在大氣氣氛中被進行350℃、450℃、550℃的加熱處理一小時的氧化銦膜、氧化鎵膜及氧化鋅膜的測量結果。[0123]如圖19A至圖19D所示，對應In?0?晶體峰值的峰值在加熱處理后的氧化銦膜的XRD圖案中確認。此外，對應Zn0晶體峰值的峰值在加熱處理后的氧化鋅膜的XRD圖案中確認。另一方面，不管是被進行哪一個溫度的加熱處理的本比較實例的樣品中，與氧化銦膜及氧化鋅膜不一樣地，也沒有確認到晶體峰值。[0124]然后，利用X射線反射(XRR)對在大氣氣氛中被進行450℃的第二加熱處理一小時的每個樣品的膜密度進行測量。[0125]注意，XRR是測量沉積的薄膜的密度的測量方法，其中X射線入射到測量樣品，以測量入射的X射線的臨界角及振輻波形中的變化，且使用上述臨界角及振幅波形進行理論分析。表1示出所測量的膜密度。[表1]樣品晶體度膜密度(g/cm3)理論值In-Ga-Zn氧化物膜沒有峰值氧化銦膜峰值歸屬于In?O?氧化鎵膜氧化鋅膜如表1所示，與根據(jù)其單晶結構所計算的理論值相比，通過液相法形成的膜具有極低的密度。注意，因為通過液相法形成的膜具有大的粗糙度，所以不容易高準確度地測量出膜密度。[0130]接著，利用SIMS對在本比較實例的金屬氧化物膜及本實施方式的金屬氧化物膜所包含的雜質(zhì)的濃度進行測量。[0131]圖18A示出比較實例的金屬氧化物膜及本實施方式的金屬氧化物膜中的氫(H)濃度分布。圖18B示出比較實例的金屬氧化物膜及本實施方式的金屬氧化物膜中的碳(12C)濃度分布。在圖18A及圖18B中，橫軸表示深度(nm)[0132]將在與上述條件相似的條件下通過液相法形成的樣品用作圖18A及圖18B的比較氣氣氛中以450℃、500℃或550℃進行第二加熱處理一小時。其他條件與通過液相法形成的上述金屬氧化物膜的條件相同。將在與圖7所示的金屬氧化物膜相同的條件下通過濺射法形成的樣品用于本實施方式的金屬氧化物膜。[0133]如圖18A及圖18B所示，與本實施方式的金屬氧化物膜相比，大量的氫及碳均勻地存在于比較實例的金屬氧化物膜中。[0134]圖18B所示的本實施方式的金屬氧化物膜的碳濃度從其表面到膜內(nèi)部逐漸地減少。這表示本實施方式的金屬氧化物膜中的碳主要來源于表面污染。[0135]相對于此，在比較實例的任何條件下形成的金屬氧化物膜均勻地包含高達1×1022(原子/cm3)或更高的密度的氫、以及高達4×1021(原子/cm3)或更高的密度的碳?？烧J為比較實例的金屬氧化物膜中的碳來源于旋涂材料的原料的有機酸鹽。[0136]接著，在圖20A至圖20C中示出在大氣氣氛中被進行450℃的第二加熱處理一小時的本比較實例的樣品的截面TEM圖像。以300kV的加速電壓使用透射電子顯微鏡(由HitachiHigh-TechnologiesCorporation所制造的“H-9000NAR”)觀察該截面。圖20A是500000的放大率的截面圖像。圖20B是2000000的放大率的截面圖像。圖20C是8000000的放大率的截面觀察圖像。[0137]如圖20A及圖20B所示，通過液相法形成的本比較實例的樣品的大部分由非晶區(qū)占有。此外，可看到由于膜密度的差異所造成的灰度梯度(明度的變化)。[0138]在圖20C中的截面TEM圖像中的區(qū)域a中，明度高，這意味著區(qū)域a具有低的膜密度。[0139]通過納米束電子衍射觀察圖20C中的區(qū)域a及b。圖21A至圖21C示出納米束電子衍射圖案。[0140]以200kV的加速電壓及大約1nmφ的光束直徑使用透射電子顯微鏡(由HitachiHigh-TechnologiesCorporation所制造的“HF-2000”)進行該納米束電子衍射。圖21A示出圖20C中的區(qū)域a的納米束電子衍射圖案。圖21B及圖21C示出圖20C中的區(qū)域b中的兩個不同的部分(以b1及b2表示)的納米束電子衍射圖案。[0141]圖21D示出本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜的納米束電子衍射圖案，其在與圖7所示的金屬氧化物膜相同的條件下形成并觀察。[0142]如圖21A至圖21C所示，在通過液相法形成的本比較實例的金屬氧化物膜中的各區(qū)域中，觀察到與圖21D所示的本發(fā)明的一個方式的金屬氧化物膜中所觀察的圓周狀的斑點(光點)不同的圖案。[0143]圖21A所示的區(qū)域a的納米束電子衍射圖案與呈現(xiàn)非晶狀態(tài)的光暈圖案相似。具有這樣低的晶體度的區(qū)域的存在可起因于膜的低密度及高雜質(zhì)濃度。[0144]如圖21B及圖21C中所示，在區(qū)域b的納米束電子衍射圖案中觀察到具有呈現(xiàn)以特定平面取向的晶體部的規(guī)律性的斑點(在圖21B及圖21C中以1至3表示)。在以下表2中示出這些斑點的衍射圖案的分析結果。區(qū)域斑點hk1d值(mm)022000根據(jù)表2,由圖21B或圖21C中的斑點估計的實測d值與InGaZnO?中的多個平面取向的理論上的d值幾乎相同，這意味著通過液相法形成的本比較實例的In-Ga-Zn氧化物膜包含來源于InZnGaO?的晶體區(qū)。[0148]因此，盡管雜質(zhì)存在，但包含來源于InZnGaO?的周期性原子排列的區(qū)域以及具有極低的晶體度且接近非晶狀態(tài)的區(qū)域共存于通過液相法形成的InZnGaO?膜中。[0149]接著，通過計算對比較實例的金屬氧化物膜中的氫及碳等雜質(zhì)的對該金屬氧化物膜的晶體度的影響進行評估。[0150]在以下計算中，通過第一原理計算調(diào)查氫對該金屬氧化物膜的晶化所帶來的效果。特別地，在InGaZn0?不包含氫的情況及InGaZn0?包含6.67原子百分比的氫的情況下測量出非晶狀態(tài)與晶體狀態(tài)之間的能量差異。8.54×1022原子/cm3的In-Ga-Zn-0晶體的原子密度、圖18A及圖18B所示的SIMS分析結果表示該氫濃度與本比較實例的金屬氧化物膜的氫濃度相同。注意，將In、Ga及Zn的原子數(shù)比為1:1:1的In-Ga-Zn氧化物膜用作該計算中的金屬氧化物膜的實例。[0151]圖22示出該計算中的包含112個原子的In-Ga-Zn-0晶體的晶格結構。[0152]關于計算，形成不對圖22所示的結構添加氫原子而成的結構、對圖22所示的結構添加八個氫原子而成的結構，且使該結構最優(yōu)化。然后，計算能量。此外，通過以下步驟而根據(jù)最優(yōu)化結構形成非晶結構。[0153](1)3000K下的采用NVT系綜的分子動力學計算。[0154](2)2psec且1000K下的采用NVT系綜的分子動力學計算。[0155](3)結構的最優(yōu)化。[0156]注意，通過5psec、5.5psec或6psec的上述計算(1)得到三個結構，且進行計算(2)及最優(yōu)化(3)以形成該三個結構的三個非晶結構。然后，獲得能量平均值。在該計算中，使用第一原理計算軟件"ViennaAbinitioSimulationPackage"(VASP)。表3示出計算條件。[0157][表3]步驟截止能量(eV)K點[0159]圖23A至圖23D示出由計算獲得的各結構的一部分。表4示出能量差異的計算結果。圖23A示出不對單晶In-Ga-Zn氧化物膜添加H原子(0原子百分比)的結構。圖23B示出對單晶In-Ga-Zn氧化物膜添加八個H原子(6.67原子百分比)的結構。圖23C示出不對非晶In-Ga-Zn氧化物膜添加H原子(0原子百分比)的結構。圖23D示出對非晶In-Ga-Zn氧化物膜添加八個H原子(6.67原子百分比)的結構。氫濃度密度能量差異(原子百分比)(非晶-單晶)0[0162]根據(jù)表4,當In-Ga-Zn氧化物膜晶化時，其能量大幅度減少。進一步地，當H原子被添加到該膜時，由于晶化而穩(wěn)定能量減少。因此，可認為，在通過液相法形成的本比較實例的金屬氧化物膜中觀察到除了包含呈現(xiàn)周期性原子排列的斑點的圖案之外與光暈圖案相似的納米束電子衍射圖案，這是由氫所導致的晶體結構的不穩(wěn)定化引起的。[0163]如上所述，當金屬氧化物膜包含氫作為雜質(zhì)時，晶體的穩(wěn)定性降低。這些計算結果與如下結果一致：在與本實施方式的金屬氧化物膜比較時，呈現(xiàn)與光暈圖案相似的納米束電子衍射圖案的比較實例的金屬氧化物膜中的氫及碳等雜質(zhì)的濃度高。[0164]本實施方式可與本說明書中所說明的實施方式適當?shù)亟M合而實施。[0166]在本實施方式中，將參照附圖而說明包含在實施方式1中說明且示出半導體特性的金屬氧化物膜(氧化物半導體膜)的晶體管的結構實例。[0167]<晶體管的結構實例>[0168]圖9A是在以下示出的晶體管100的截面示意圖。該晶體管100是底柵型晶體管。[0169]晶體管100包含設置在襯底101上的柵電極102、設置在襯底101及柵電極102上的絕緣層103、設置在絕緣層103上而與柵電極102重疊的氧化物半導體層104、以及與氧化物半導體層104的頂面接觸的一對電極105a及105b。進一步地，絕緣層106以覆蓋絕緣層103、氧化物半導體層104、及一對電極105a及105b的方式設置，并且，絕緣層107設置于絕緣層106上。[0170]本發(fā)明的一個方式的氧化物半導體膜可被應用于晶體管100中的氧化物半導體層[0172]對襯底101的材料的性質(zhì)等沒有特別的限制，只要該材料具有至少足以耐受在后或氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)襯底作為襯底101。或者，可使用由硅或碳化硅等所制成的單晶半導體襯底或多晶半導體襯底、由硅鍺等所制成的化合物半導體襯底、或者SOI襯底等作為襯底101。再者，可使用設置有半導體元件的上述襯底的任一個作為襯底101。[0173]再者，可使用塑料襯底等的柔性襯底作為襯底101,且可將晶體管100直接設置在柔性襯底上?；蛘撸稍谝r底101與晶體管100之間設置剝離層。該剝離層可被使用于當在該剝離層上形成晶體管的一部分或全部，且將該晶體管從襯底101剝離并轉置至另一襯底時。由此，可將晶體管100轉置至具有低的熱阻的襯底或柔性襯底。個作為成分的合金；或者組合上述金屬中的任一個的合金；等形成。進一步地，可使用選自錳和鋯中之一或多個金屬。再者，柵電極102可具有單層結構或二層以上的疊層結構。例如，可舉出包含硅的鋁膜的單層結構、鈦膜層疊在鋁膜之上的雙層結構，鈦膜層疊在氮化鈦膜之上的雙層結構、鎢膜層疊在氮化鈦膜之上的雙層結構、鎢膜層疊在氮化鉭膜或氮化鎢膜[0176]柵電極102還可使用銦錫氧化物、包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物或添加有氧化硅的銦錫氧化物等透光導電材料形成。并且，可具有使用上述透光導電材料與上述金屬所形成的疊層類氧氮化物半導體膜、In-Zn類氧氮化物半導體膜、Sn類氧氮化物半導體膜、In類氧氮化物半導體膜或金屬氮化物(諸如InN或ZnN)的膜等設置在柵電極102與絕緣層103之間。這些膜各具有高于或等于5eV,或高于或等于5.5eV的高于氧化物半導體的電子親和勢的功函數(shù)。因此，包含氧化物半導體的晶體管的閾值電壓可向正方向漂移，且可獲得所謂常關閉(normally-off)開關元件。例如，使用至少具有比氧化物半導體層104更高的氮濃度的In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜，具體地，具有7原子百分比或更高的氮濃度的In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜。[0179]絕緣層103被用作柵極絕緣膜。與氧化物半導體層104的底面接觸的絕緣層103優(yōu)選為非晶膜。氧化鎵、Ga-Zn類金屬氧化物和氮化硅等中的一個或多個的單層結構或疊層結構。[0181]絕緣層103通過使用硅酸鉿(HfSiO)、添加有氮的硅酸鉿(HfSiON)、添加有氮的鋁酸鉿(HfAl0N?)、氧化鉿或氧化釔等高k材料形成，可降低晶體管的柵極漏電流。[0182]<<一對電極105a及105b>>[0183]一對電極105a及105b被用作晶體管的源電極及漏電極。屬、或包含該金屬之任一個的合金作為導電材料，而被形成為具有單層結構或疊層結構。例如，可舉出包含硅的鋁膜的單層結構、鈦膜層疊在鋁膜之上的雙層結構、鈦膜層疊在鎢膜之上的雙層結構、銅膜層疊在銅鎂鋁合金膜上的雙層結構、依次層疊鈦膜或氮化鈦膜、鋁膜或銅膜、及鈦膜或氮化鈦膜的三層結構、依次層疊鉬膜或氮化鉬膜、鋁膜或銅膜、鉬膜或氮化[0186]絕緣層106優(yōu)選使用包含比化學計量組成中之氧更高比例的氧的氧化物絕緣膜形成。該氧化物絕緣膜在加熱時釋放出氧。例如，當該氧化物絕緣膜在等于或高于晶體管的制造工序中的加熱處理溫度的溫度處被加熱時，則在熱脫附譜(TDS)分析中，所換算成氧原子的氧釋放量大于或等于1.0×1018原子/cm3,優(yōu)選為大于或等于3.0×1020原子/cm3。[0187]作為絕緣層106,可形成氧化硅膜或氧氮化硅膜等。[0188]注意，絕緣層106還在后面形成絕緣層107時，被用作緩和對氧化物半導體層104的損傷的膜。[0189]透射氧的氧化物膜可被設置在絕緣層106與氧化物半導體層104之間。[0190]作為透射氧的氧化物膜，可形成氧化硅膜或氧氮化硅膜等。注意，在本說明書中，包含氮的膜。[0191]絕緣層107可使用對氧、氫和水等具有阻擋效果的絕緣膜形成。通過將絕緣層107設置在絕緣層106之上，可防止氧從氧化物半導體層104向外擴散及來自外部的氫或水等進[0192]<晶體管的制造方法的實例>[0193]接著，將說明圖9A至圖9C所示的晶體管100的制造方法的實例。[0194]首先，如圖10A所示，將柵電極102形成于襯底101之上，并將絕緣層103形成于柵電極102之上。[0196]<<柵電極的形成>>[0197]以下說明柵電極102的形成方法。首先，通過濺射法、CVD法或蒸鍍法等形成導電膜，然后，使用第一光掩模通過光刻處理在該導電膜上形成抗蝕劑掩模。接著，使用該抗蝕劑掩模對該導電膜的一部分進行蝕刻，來形成柵電極102.之后，去除抗蝕劑掩模。[0198]注意，柵電極102也可通過電鍍法、印刷法或噴墨法等形成，而不使用上述形成方[0199]<<柵極絕緣層的形成>>[0201]在絕緣層103使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、或氮氧化硅膜形成的情況下，優(yōu)選使用包含硅的沉積氣體以及氧化氣體作為源氣體。包含硅的沉積氣體的典型實例包含硅烷、乙[0202]在形成氮化硅膜作為絕緣層103的情況下，優(yōu)選使用兩個階段的形成方法。首先，通過等離子體CVD法形成缺陷數(shù)少的第一氮化硅膜，其中使用硅烷、氮、及氨的混合氣體作為源氣體。然后，通過切換源氣體至硅烷及氮的混合氣體形成氫濃度低且可阻擋氫的第二氮化硅膜。通過該形成方法，可形成缺陷數(shù)少且對氫具有阻擋性質(zhì)的氮化硅膜作為絕緣層[0203]此外，在形成氧化鎵膜作為絕緣層103的情況下，可使用金屬有機化學氣相沉積[0204]<<氧化物半導體層的形成>>[0206]以下說明氧化物半導體層104的形成方法。首先，使用實施方式1中所示的方法形成氧化物半導體膜。然后，使用第二光掩模通過光刻處理在該氧化物半導體膜上形成抗蝕劑掩模。接著，使用該抗蝕劑掩模對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻，來形成氧化物半導[0208]<<一對電極的形成>>[0210]以下說明一對電極105a及105b的形成方法。首先，通過濺射法、CVD法或蒸鍍法等用該抗蝕劑掩模對導電膜的一部分進行蝕刻，來形成一對電極105a及105b。之后，去除抗蝕劑掩模。[0211]注意，如圖10B所示，有時氧化物半導體層104的上部通過該導電膜的蝕刻而被部分地蝕刻及變薄。因此，優(yōu)選使該氧化物半導體層104形成得厚。[0212]<<絕緣層的形成>>[0213]接著，如圖10D所示，將絕緣層106形成于氧化物半導體層104和一對電極105a及105b上，接著將絕緣層107形成于該絕緣層106上。[0214]在絕緣層106使用氧化硅膜或氧氮化硅膜形成的情況下，優(yōu)選使用包含硅的沉積氣體以及氧化氣體作為源氣體。包含硅的沉積氣體的典型實例包含硅烷、乙硅烷、丙硅烷、[0215]例如，氧化硅膜或氧氮化硅膜在如下條件下形成：將設置在等離子體CVD器件的真空排氣處理室中的襯底保持為高于或等于180℃且低于或等于260℃,優(yōu)選為高于或等于200℃且低于或等于240℃的溫度；在大于或等于100Pa且小于或等于250Pa,優(yōu)選為大于或等于100Pa且小于或等于200Pa的壓力下將源氣體充氣至該處理室；以及對設置在該處理室中的電極供應高于或等于0.17W/cm2且低于或等于0.5W/cm2,優(yōu)選為高于或等于0.25W/cm2且低于或等于0.35W/cm2的高頻功率。[0216]通過施加高頻功率，在等離子體中的源氣體的分解效率增加，氧游離基增加，以及源氣體的氧化被助長；因此，包含在氧化物絕緣膜中的氧的比例高于化學計量組成中的氧的比例。然而，在以上述襯底溫度所制備的膜會在后面的工序中執(zhí)行加熱時釋放出一部分的氧。因此，可形成包含高于化學計量組成中的氧的比例的氧，且通過加熱而釋放一部分的氧的氧化物絕緣膜。[0217]進一步地，在將氧化物絕緣膜設置于氧化物半導體層104與絕緣層106之間的情況下，該氧化物絕緣膜可在形成絕緣層106的工序中用作氧化物半導體層104的保護膜。因此，絕緣層106可在降低對氧化物半導體層104的損傷的同時使用具有高的功率密度的高頻功率形成。[0218]例如，作為氧化物絕緣膜可在如下條件下形成氧化硅膜或氧氮化硅膜：將設置在等離子體CVD器件的真空排氣處理室中的襯底保持為高于或等于180℃且低于或等于400℃,優(yōu)選為高于或等于200℃且低于或等于370℃的溫度；在大于或等于20Pa且小于或等于250Pa,優(yōu)選為大于或等于100Pa且小于或等于250Pa的壓力下將源氣體充氣至該處理室；以及對設置在該處理室中的電極供應高頻功率。進一步地，當處理室中的壓力大于或等于100Pa且小于或等于250Pa時，可降低對氧化物半導體層104的損傷。[0219]優(yōu)選使用包含硅的沉積氣體以及氧化氣體作為氧化物絕緣膜的源氣體。包含硅的[0220]絕緣層107可通過濺射法或CVD法形成。[0221]在絕緣層107使用氮化硅膜或氮氧化硅膜形成的情況下，優(yōu)選使用包含硅的沉積氣體、氧化氣體、及包含氮的氣體作為源氣體。包含硅的沉積氣體的典型實例包含硅烷、乙為包含氮的氣體的實例，可舉出氮及氨。[0223]<晶體管100的變形實例>[0224]下面說明其一部分與晶體管100不同的晶體管的結構實例。[0226]