氧化物半導(dǎo)體膜以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種氧化物半導(dǎo)體膜及包括氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體裝 置。
[0002] 在本說(shuō)明書(shū)中，半導(dǎo)體裝置涉及能夠通過(guò)利用半導(dǎo)體特性來(lái)作用的任何裝置，并 且光電裝置、半導(dǎo)體電路及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 如在液晶顯示裝置中常見(jiàn)郝樣，使用非晶娃、多晶娃等來(lái)制造形成在玻璃襯底等 上的晶體管。使用非晶娃制造的晶體管可W容易形成在較大的玻璃襯底上。然而，使用非 晶娃制造的晶體管具有低場(chǎng)效遷移率的缺點(diǎn)。雖然使用多晶娃制造的晶體管具有高場(chǎng)效遷 移率，但是其具有不適合于較大玻璃襯底的缺點(diǎn)。
[0004] 與具有上述缺點(diǎn)的使用娃制造的晶體管相比，有一種技術(shù)已受到注目，其中使用 氧化物半導(dǎo)體來(lái)制造晶體管，且將該晶體管應(yīng)用于電子設(shè)備或光學(xué)裝置。例如，專利文獻(xiàn)1 公開(kāi)一種技術(shù)，其中使用包含In、Zn、Ga、Sn等的非晶氧化物作為氧化物半導(dǎo)體來(lái)制造晶體 管。另外，專利文獻(xiàn)2公開(kāi)一種技術(shù)，其中制造與專利文獻(xiàn)1同樣的晶體管且將該晶體管用 作顯示裝置的像素中的開(kāi)關(guān)元件等。
[0005]另外，至于在晶體管中使用的送種氧化物半導(dǎo)體，也有下列說(shuō)明：氧化物半導(dǎo)體對(duì) 雜質(zhì)不敏感，當(dāng)在膜中含有相當(dāng)大量的金屬雜質(zhì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，且也可W使用含有大量 的堿金屬（諸如鋼）且廉價(jià)的堿石灰玻璃（參照非專利文獻(xiàn)1)。
[000引[參照文獻(xiàn)]
[專利文獻(xiàn)]
[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2006-165529號(hào) [專利文獻(xiàn)2]日本專利申請(qǐng)公開(kāi)2006-165528號(hào)
[0007][非專利文獻(xiàn)]
[非專利文獻(xiàn) 1]Kamiy曰，Nomur曰，U及Hosono,"CarrierTransportPropertiesand ElectronicStructuresofAmorphousOxideSemiconductors:Thepresentstatus'，， KOTAIBUTSURI(SOLIDSTATEPHYSICS)，2009,Vol. 44,pp.621-633

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 然而，在氧化物半導(dǎo)體膜及包括氧化物半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體裝置的制造工序中，例 如當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體膜中產(chǎn)生W氧缺陷為典型的缺陷時(shí)或?qū)⒊蔀橛脕?lái)供應(yīng)載流子的來(lái)源 的氨進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體膜中時(shí)，氧化物半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電性可能會(huì)改變。送種現(xiàn)象改變包括 氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性，其造成半導(dǎo)體裝置的可靠性下降。
[0009] 當(dāng)對(duì)送種氧化物半導(dǎo)體膜照射可見(jiàn)光或紫外光時(shí)，尤其氧化物半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電性 會(huì)改變。送種現(xiàn)象也改變包括氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性，其造成半導(dǎo)體裝置的可 靠性下降。
[0010] 鑒于上述問(wèn)題，一個(gè)目的是提供一種具有更穩(wěn)定的導(dǎo)電性的氧化物半導(dǎo)體膜。另 夕F，一個(gè)目的是提供一種通過(guò)使用氧化物半導(dǎo)體膜而有穩(wěn)定的電特性的可靠性高的半導(dǎo)體 裝置。
[0011] 所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜，且該結(jié) 晶區(qū)域包括a-b面與膜表面實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的晶體。亦即，氧化物 半導(dǎo)體膜中的結(jié)晶區(qū)域具有C軸對(duì)準(zhǔn)。注意，氧化物半導(dǎo)體膜處于非單晶狀態(tài)。另外，氧化 物半導(dǎo)體膜不完全處于非晶狀態(tài)。
[0012] 所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜。該結(jié)晶 區(qū)域包括a-b面與膜表面實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的晶體。在從C軸方向進(jìn) 行電子束的照射的電子衍射強(qiáng)度測(cè)量中，散射向量的大小大于或等于3. 3皿1并小于或等 于4.Inmi的區(qū)域中的峰值的半峰全寬W及散射向量的大小大于或等于5. 5nm1并小于或等 于7.Inm1的區(qū)域中的峰值的半峰全寬分別大于或等于0. 2nm1。
[001引在上述記載中，散射向量的大小大于或等于3. 3皿1并小于或等于4. 1皿1的區(qū) 域中的峰值的半峰全寬優(yōu)選大于或等于0. 4nm1并小于或等于0. 7nm1，且散射向量的大 小大于或等于5. 5nm1并小于或等于7.Inm1的區(qū)域中的峰值的半峰全寬優(yōu)選大于或等于 0.45nmi并小于或等于1.4nm1。另外，g值位于ESR測(cè)量中的1.93附近的區(qū)域中的峰值的 自旋密度優(yōu)選低于1.3Xl0is(自旋/cm3)。另外，氧化物半導(dǎo)體膜可W包括多個(gè)結(jié)晶區(qū)域， 且多個(gè)結(jié)晶區(qū)域中的結(jié)晶的a軸或b軸方向可W互不相同。另外，氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選具 有由InGa03姑0)m(m不是自然數(shù)）表示的結(jié)構(gòu)。
[0014] 另外，所公開(kāi)的發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式提供一種半導(dǎo)體裝置，包括；第一絕緣膜； 設(shè)置在第一絕緣膜上的包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜；設(shè)置為與氧化物半導(dǎo)體膜接觸的 源電極和漏電極；設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜上的第二絕緣膜；W及設(shè)置在第二絕緣膜上的柵 電極。結(jié)晶區(qū)域包括a-b面與膜表面實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的晶體。
[0015] 另外，所公開(kāi)的發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式提供一種半導(dǎo)體裝置，包括：柵電極；設(shè)置 在柵電極上的第一絕緣膜；設(shè)置在第一絕緣膜上的包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜；設(shè)置 為與氧化物半導(dǎo)體膜接觸的源電極和漏電極；W及設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜上的第二絕緣 膜。結(jié)晶區(qū)域包括a-b面與膜表面實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的晶體。
[0016] 在上述記載中，優(yōu)選的是，第一金屬氧化物膜設(shè)置在第一絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體 膜之間，第一金屬氧化物膜包括氧化嫁、氧化鋒W及結(jié)晶區(qū)域，且結(jié)晶區(qū)域包括a-b面與膜 表面實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的晶體。另外，在第一金屬氧化物膜中，氧化鋒 的物質(zhì)量?jī)?yōu)選低于氧化嫁的物質(zhì)量的25 %。另外，優(yōu)選的是，第二金屬氧化物膜設(shè)置在氧化 物半導(dǎo)體膜與第二絕緣膜之間，第二金屬氧化物膜包括氧化嫁、氧化鋒W及結(jié)晶區(qū)域，且結(jié) 晶區(qū)域包括a-b面與膜表面實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的晶體。另外，在第二 金屬氧化物膜中，氧化鋒的物質(zhì)量?jī)?yōu)選低于氧化嫁的物質(zhì)量的25%。
[0017] 在本說(shuō)明書(shū)等中，"面A與面B實(shí)質(zhì)上平行"意味著"在面A的法線與面B的法線 之間的角度大于或等于0°并小于或等于20° "。另外，在本說(shuō)明書(shū)等中，"線C與面B實(shí)質(zhì) 上垂直"意味著"在線C與面B的法線之間的角度大于或等于0°并小于或等于20° "。
[0018] 包括a-b面與膜表面實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的結(jié)晶區(qū)域的氧化物 半導(dǎo)體膜具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性且相對(duì)于可見(jiàn)光、紫外光等的照射更電穩(wěn)定。通過(guò)將送種氧化 物半導(dǎo)體膜用于晶體管，可W提供具有穩(wěn)定的電特性的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的截面TEM圖像； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的晶體結(jié)構(gòu)的平面圖及截面圖； 圖3為表示計(jì)算電子態(tài)密度的結(jié)果的圖； 圖4為包括氧缺陷的非晶氧化物半導(dǎo)體的帶圖； 圖5A及5B分別示出包括氧缺陷的非晶氧化物半導(dǎo)體的再結(jié)合模型； 圖6A至6E為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖； 圖7A及7B為示出瓣射設(shè)備的示意圖； 圖8A及8B為示出晶種的晶體結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖9A及9B為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖； 圖IOA至IOC為分別示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖； 圖IlA至IlC為分別示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的截面圖； 圖12為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的帶結(jié)構(gòu)的圖； 圖13A至13E為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的截面TEM圖像； 圖14A至14E為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的平面TEM圖像； 圖15A至15E為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的電子衍射圖案； 圖16A至16E為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的平面TEM圖像及電子衍射圖案； 圖17為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的電子衍射強(qiáng)度的圖； 圖18為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的電子衍射強(qiáng)度中的第一峰值的半峰全寬的圖； 圖19為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的電子衍射強(qiáng)度中的第二峰值的半峰全寬的圖； 圖20示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的XRD光譜； 圖21A及21B分別示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的XRD光譜； 圖22為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的ESR測(cè)量的結(jié)果的圖； 圖23示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的用于量子化學(xué)計(jì)算中的氧缺陷的模型； 圖24為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的低溫化測(cè)量的結(jié)果的圖； 圖25為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的負(fù)偏壓應(yīng)力光劣化的測(cè)量的結(jié)果的圖； 圖26A及26B為分別示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的通過(guò)光響應(yīng)缺陷評(píng)估法測(cè)量的光電 流的圖； 圖27示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的TDS分析的結(jié)果； 圖28A及28B分別示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的SIMS分析的結(jié)果； 圖29A至29C為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的框圖及等效電路圖； 圖30A至30D為分別示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電子設(shè)備的外觀圖； 圖31為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的截面TEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式及示例。注意，本發(fā)明不限于下列說(shuō)明，且 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易了解可WW各種方式修改本發(fā)明的方式和詳細(xì)內(nèi)容而不背 離本發(fā)明的宗旨及范疇。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限于下列實(shí)施方式及示例中的說(shuō)明。 注意，在下述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在不同圖中W相同參照標(biāo)記表示相同部分或具有類(lèi)似功能 的部分，且不重復(fù)其說(shuō)明。
[0021] 注意，在本說(shuō)明書(shū)中所述的各圖中，各構(gòu)成要素的大小、層厚度或區(qū)域在某些情況 中為了清楚而加W放大。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式及示例并不總是限定于送種比例。
[0022] 再者，本說(shuō)明書(shū)中的諸如"第一"、"第二"及"第H"之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)用來(lái)避免構(gòu)成要素 之間的混淆，且送些術(shù)語(yǔ)在數(shù)目方面上不限制構(gòu)成要素。因此，例如可W適當(dāng)?shù)豔術(shù)語(yǔ)"第 二"、"第H"等取代術(shù)語(yǔ)"第一"。
[0023] 實(shí)施方式1 在本實(shí)施方式中，將參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5A及5B說(shuō)明氧化物半導(dǎo)體膜作為本 發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。
[0024] 根據(jù)本實(shí)施方式的氧化物半導(dǎo)體膜包括結(jié)晶區(qū)域。結(jié)晶區(qū)域包括a-b面與膜表面 實(shí)質(zhì)上平行且C軸與膜表面實(shí)質(zhì)上垂直的晶體。亦即，包括在氧化物半導(dǎo)體膜中的結(jié)晶區(qū) 域具有C軸對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)觀察結(jié)晶區(qū)域的截面時(shí)，觀察到W層狀配置且從襯底向膜表面層疊的 原子，且晶體的C軸與表面實(shí)質(zhì)上垂直。由于氧化物半導(dǎo)體膜包括上述C軸對(duì)準(zhǔn)的結(jié)晶區(qū) 域，氧化物半導(dǎo)體膜也稱為C軸對(duì)準(zhǔn)的結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體（CAAC-0巧膜。
[002引圖1為實(shí)際制造的包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜的截面TEM圖像。在氧化物半 導(dǎo)體膜中觀察到結(jié)晶區(qū)域21，在該結(jié)晶區(qū)域21中如圖1的箭頭所示，原子W層狀配置，亦 目P，其具有C軸對(duì)準(zhǔn)。
[0026] 在氧化物半導(dǎo)體膜中還觀察到結(jié)晶區(qū)域22。結(jié)晶區(qū)域21及結(jié)晶區(qū)域22被非晶區(qū) 域WH維方式圍繞。雖然多個(gè)結(jié)晶區(qū)域存在于氧化物半導(dǎo)體膜中，在圖1中并未觀察到晶 界。在整個(gè)氧化物半導(dǎo)體膜中也未觀察到晶界。
[0027] 雖然在圖1中結(jié)晶區(qū)域21及結(jié)晶區(qū)域22在其間有非晶區(qū)域互相分隔，但是可W 觀察到W與結(jié)晶區(qū)域22中大致相同的間隔層疊在結(jié)晶區(qū)域21中W層狀配置的原子，且超 出非晶區(qū)域之外連續(xù)形成層。
[002引另外，雖然結(jié)晶區(qū)域21及結(jié)晶區(qū)域22的大小在圖1中大約為3nm至7nm，形成在 本實(shí)施方式中的氧化物半導(dǎo)體膜中的結(jié)晶區(qū)域的大小可W大約為大于或等于Inm并小于 或等于lOOOnm。例如，如圖31所示，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶區(qū)域的大小可W大于或等于數(shù) 十納米。
[0029] 另外，優(yōu)選當(dāng)從與膜表面垂直的方向觀察結(jié)晶區(qū)域時(shí)，原子配置在六角形晶格中。 通過(guò)采用送種結(jié)構(gòu)，結(jié)晶區(qū)域可W容易得到具有H重對(duì)稱性的六方晶體結(jié)構(gòu)。注意，在本說(shuō) 明書(shū)中，六方晶體結(jié)構(gòu)包括在六方晶族化exagonalC巧StalfamiIy)中?；蛘撸骄?體結(jié)構(gòu)包括在H方晶系（trigonalCirstalsystems)及六方晶系中化exagonalCirstal systems)。
[0030] 根據(jù)本實(shí)施方式的氧化物半導(dǎo)體膜可W包括多個(gè)結(jié)晶區(qū)域，且在多個(gè)結(jié)晶區(qū)域中 的晶體的a軸或b軸方向可W互不相同。亦即，在根據(jù)本實(shí)施方式的氧化物半導(dǎo)體膜中的 多個(gè)結(jié)晶區(qū)域沿著C軸結(jié)晶化，但是沿著a-b面的對(duì)準(zhǔn)不一定會(huì)出現(xiàn)。然而，優(yōu)選具有不同a軸或b軸方向的區(qū)域互不接觸，W避免在區(qū)域互相接觸的界面處形成晶界。因此，氧化物 半導(dǎo)體膜優(yōu)選包括WH維方式圍繞結(jié)晶區(qū)域的非晶區(qū)域。亦即，包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半 導(dǎo)體膜處于非單晶狀態(tài)且不完全處于非晶狀態(tài)。
[0031] 作為氧化物半導(dǎo)體膜，可W使用諸如In-Sn-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物之類(lèi)的四元金 屬氧化物，諸如In-Ga-Si-O類(lèi)金屬氧化物、In-Sn-Zn-O類(lèi)金屬氧化物、In-A^ai-O類(lèi)金屬 氧化物、Sn-Ga-Si-O類(lèi)金屬氧化物、Al-Ga-Si-O類(lèi)金屬氧化物或Sn-A^ai-O類(lèi)金屬氧化物 之類(lèi)的H元金屬氧化物，諸如In-Zn-O類(lèi)金屬氧化物或Sn-Zn-O類(lèi)金屬氧化物之類(lèi)的二元 金屬氧化物等。
[0032] 尤其是，In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物在許多情況中具有寬至大于或等于2eV，優(yōu)選 大于或等于2. 5eV，更優(yōu)選大于或等于3eV的能隙；當(dāng)使用In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物來(lái)制 造晶體管時(shí)，晶體管可W在關(guān)閉狀態(tài)中具有足夠高的電阻且其關(guān)閉狀態(tài)電流可W足夠小。 在In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物中的結(jié)晶區(qū)域主要具有在許多情況中不是六角形纖鋒礦結(jié)構(gòu) 的晶體結(jié)構(gòu)，且可W具有例如孔化2〇4結(jié)構(gòu)、孔2?63〇7結(jié)構(gòu)、它們的修改結(jié)構(gòu)等（M.化kamura， N. Kimizuka, W及T. Mohri, "The Phase Relations in the In2〇3-Ga2Zn〇4-ZnO System at 1350°C"，J. Solid State Chem.，1991，Vol. 93,卵.298-315)。注意，在下面，含有孔的 層表示為A層且含有化的層表示為B層?？谆?〇4結(jié)構(gòu)為ABBIABBIABB的重復(fù)結(jié)構(gòu)。作 為孔化2〇4結(jié)構(gòu)的變形結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例，可W舉出ABBBIABBB的重復(fù)結(jié)構(gòu)。此外，孔2Fe3〇7 的結(jié)構(gòu)為abb|ab|abb|ab的重復(fù)結(jié)構(gòu)。作為孔2化3〇7的變形結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例，可W舉出 ABBBIABBIABBBIABBIABBBIABBI的重復(fù)結(jié)構(gòu)。在In-Ga-Si-O類(lèi)金屬氧化物中的化0量大的 情況中，其可W具有纖鋒礦晶體結(jié)構(gòu)。
[003引 由InGa化姑0)m(m> 0)表示In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物的一個(gè)典型示例。在此， 作為In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物的一個(gè)示例，可W舉出具有In203;Ga203;化0 = 1 ;1 ;1[摩 爾比]的組成比的金屬氧化物、具有In2〇3;Ga2〇3;ZnO= 1 ;1 ;2[摩爾比]的組成比的金屬 氧化物或具有In2〇3;Ga2〇3;ZnO= 1 ;1 ;4[摩爾比]的組成比的金屬氧化物。m優(yōu)選不是自 然數(shù)。注意，上述組成歸因于晶體結(jié)構(gòu)且僅為示例。作為In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物的一個(gè) 示例，也可W舉出具有1?化;Ga2化;ZnO= 2 ;1 ;8[摩爾比]的組成比的金屬氧化物、具有 In2〇3;Ga2〇3;ai〇 = 3 ;1 ;4[摩爾比]的組成比的金屬氧化物或具有In2〇3;Ga2〇3;ai〇 = 2 : 1 ;6[摩爾比]的組成比的金屬氧化物。
[0034] 作為具有上述結(jié)構(gòu)的包括在氧化物半導(dǎo)體膜中的結(jié)晶區(qū)域的結(jié)構(gòu)示例，圖2示出 InzGaz化〇7的晶體結(jié)構(gòu)。由與a軸及b軸平行的平面圖及與C軸平行的截面圖示出圖2中 的InzGazZnO,的晶體結(jié)構(gòu)。C軸與a軸和b軸垂直，且a軸和b軸之間的角度為120°。針 對(duì)圖2中的InzGaz化〇7,在平面圖中示出In原子會(huì)占據(jù)的地點(diǎn)11，并且在截面圖中示出In 原子12、Ga原子13、Ga或化原子14及0原子15。
[003引如圖2的截面圖所示，InzGazZnO,具有在C軸方向中交替層疊In氧化物層之間的 一個(gè)Ga氧化物層和In氧化物層之間的兩個(gè)氧化物層即，一個(gè)Ga氧化物層和一個(gè)化氧化 物層。另外，如圖2的平面圖所示，InzGazZnO,得到具有立重對(duì)稱性的六方晶體結(jié)構(gòu)。
[0036] 在本實(shí)施方式所述的包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選具有某程度的結(jié)晶性。 另外，包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜不處于單晶狀態(tài)。包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜 與完全非晶的氧化物半導(dǎo)體膜相比有優(yōu)良的結(jié)晶性，且減少W氧缺陷為典型的缺陷或諸如 鍵合到懸空鍵等的氨之類(lèi)的雜質(zhì)。尤其是，鍵合到晶體中的金屬原子的氧具有比與非晶部 分中的金屬原子鍵合的氧高的鍵合力，且變成對(duì)諸如氨之類(lèi)的雜質(zhì)較不起反應(yīng)，所W可W 減少缺陷的產(chǎn)生。
[0037] 例如，由In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物形成并包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜具有 如下結(jié)晶性，其中在從C軸方向進(jìn)行電子束的照射的電子衍射強(qiáng)度測(cè)量中，散射向量的大 小大于或等于3. 3nm1并小于或等于4.Inm1的區(qū)域中的峰值的半峰全寬W及散射向量的 大小大于或等于5. 5nm1并小于或等于7.Inm1的區(qū)域中的峰值的半峰全寬分別大于或等 于0.2nmi。優(yōu)選地，散射向量的大小大于或等于3.3nmi并小于或等于4.Inm1的區(qū)域中的 峰值的半峰全寬大于或等于0. 4nm1并小于或等于0. 7nm1，且散射向量的大小大于或等于 5.5nmi并小于或等于7.Inm1的區(qū)域中的峰值的半峰全寬大于或等于0.45nm1并小于或等 于 1. 4nm1。
[0038] 在本實(shí)施方式所述的包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中，優(yōu)選如上述郝樣減少膜 中的W氧缺陷為典型的缺陷。W氧缺陷為典型的缺陷用作用來(lái)供應(yīng)氧化物半導(dǎo)體膜中的載 流子的來(lái)源，其可能會(huì)改變氧化物半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電性。因此，包括減少了送種缺陷的結(jié)晶區(qū) 域的氧化物半導(dǎo)體膜具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性且相對(duì)于可見(jiàn)光、紫外光等的照射更電穩(wěn)定。
[0039] 通過(guò)對(duì)包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行電子自旋共振巧SR)測(cè)量，可W測(cè)量 膜中的孤電子量，并可W估計(jì)氧缺陷量。例如，在由In-Ga-化-0類(lèi)金屬氧化物形成并包括 結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中，g值位于ESR測(cè)量中的1.93附近的區(qū)域中的峰值的自旋 密度低于1. 3X1〇18(自旋/cm3)，優(yōu)選低于或等于5X10"(自旋/cm3)，更優(yōu)選低于或等于 5X1〇16 (自旋/cm3)，進(jìn)一步優(yōu)選為1X1〇16 (自旋/cm3)。
[0040] 如上所述，在包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中優(yōu)選減少氨或含氨的雜質(zhì)（諸 如水、居基或氨化物），且包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中的氨濃度優(yōu)選低于或等于 IX1〇19原子/cm3。鍵合到懸空鍵等的氨或含氨的雜質(zhì)（諸如水、居基或氨化物）用作用來(lái) 供應(yīng)氧化物半導(dǎo)體膜中的載流子的來(lái)源，其可能會(huì)改變氧化物半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電性。另外，包 含在氧化物半導(dǎo)體膜中的氨與鍵合到金屬原子的氧反應(yīng)而成為水，并且在氧從此脫離的晶 格（或氧從此脫離的部分）中形成缺陷。因此，包括送種缺陷減少的結(jié)晶區(qū)域的氧化物半 導(dǎo)體膜具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性且相對(duì)于可見(jiàn)光、紫外光等的照射更電穩(wěn)定。
[0041] 注意，優(yōu)選減少包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中的諸如堿金屬之類(lèi)的雜質(zhì)。例 女口，在包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中，裡的濃度低于或等于5XIQi5Cm3,優(yōu)選低于或等 于1XIQi5Cm3;鋼的濃度低于或等于5X10I6CmM尤選低于或等于1XIQi6Cm3,更優(yōu)選低于 或等于1XIQi5Cm3;并且鐘的濃度低于或等于5X10I5Cm3,優(yōu)選低于或等于1XIQi5Cm3O
[0042] 堿金屬及堿±金屬對(duì)于包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜而言是不利雜質(zhì)，且優(yōu)選 氧化物半導(dǎo)體膜所包含的堿金屬及堿±金屬盡可能地少。尤其是，當(dāng)將氧化物半導(dǎo)體膜用 于晶體管時(shí)，堿金屬之一的鋼擴(kuò)散到與包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜接觸的絕緣膜中， 且因此載流子有可能被供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜。另外，鋼切斷金屬與氧之間的鍵或進(jìn)入包 括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中的鍵中。其結(jié)果是，晶體管特性劣化（例如，晶體管成為常 導(dǎo)通（闊值電壓移動(dòng)到負(fù)側(cè)）或遷移率減少）。另外，送也導(dǎo)致特性的變化。
[0043] 送種問(wèn)題在包括結(jié)晶區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體膜中的氨濃度非常低的情況中特別 明顯。因此，非常優(yōu)選的