過利用使用其束徑比結(jié)晶部大的X射線的XRD 裝置的out-of-plane法對(duì)nc-OS膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，檢測(cè)不出表示結(jié)晶面的峰值。另外， 在對(duì)nc-OS膜進(jìn)行使用其束徑比結(jié)晶部大(例如，50nm以上）的電子射線的電子衍射(也稱 為選區(qū)電子衍射）時(shí)，觀察到類似于光暈圖案的衍射圖案。另一方面，在對(duì)nc-OS膜進(jìn)行使 用其束徑近于或小于結(jié)晶部的電子射線的納米束電子衍射時(shí)，觀察到斑點(diǎn)。另外，在nc-OS 膜的納米束電子衍射圖案中，有時(shí)觀察到如圓圈那樣的(環(huán)狀的）亮度高的區(qū)域。在nc-〇S 膜的納米束電子衍射圖案中，還有時(shí)觀察到環(huán)狀的區(qū)域內(nèi)的多個(gè)斑點(diǎn)(參照?qǐng)D22B)。
[0071] nc-os膜是其規(guī)律性比非晶氧化物半導(dǎo)體膜高的氧化物半導(dǎo)體膜。因此，nc-os膜 的缺陷態(tài)密度比非晶氧化物半導(dǎo)體膜低。但是，nc-OS膜在不同的結(jié)晶部之間觀察不到晶 體取向的規(guī)律性。所以，nc-OS膜的缺陷態(tài)密度比CAAC-0S膜高。
[0072] 因此，nc-OS膜有時(shí)具有比CAAC-0S膜高的載流子密度。載流子密度高的氧化物 半導(dǎo)體膜有時(shí)具有高電子遷移率。所以，使用nc-OS膜的晶體管有時(shí)具有較高的場(chǎng)效應(yīng)遷 移率。此外，因?yàn)閚c-OS膜有時(shí)具有比CAAC-0S膜高的缺陷態(tài)密度，所以有時(shí)具有較多的載 流子陷阱。因此，與使用CAAC-0S膜的晶體管相比，使用nc-OS膜的晶體管的電特性變動(dòng) 大，而成為可靠性低的晶體管。注意，因?yàn)閚c-OS膜即使包含較多的雜質(zhì)也可以形成，所以 與CAAC-0S膜相比容易形成，從而有時(shí)根據(jù)用途優(yōu)選使用nc-OS膜。因此，有時(shí)能夠高生產(chǎn) 率地制造具有使用nc-OS膜的晶體管的半導(dǎo)體裝置。
[0073] 接著，對(duì)非晶氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行說(shuō)明。
[0074] 非晶氧化物半導(dǎo)體膜是具有無(wú)序的原子排列并不具有結(jié)晶部的氧化物半導(dǎo)體膜。 其一個(gè)例子為具有如石英那樣的無(wú)定形狀態(tài)的氧化物半導(dǎo)體膜。
[0075] 在使用高分辨率TEM觀察的非晶氧化物半導(dǎo)體膜的圖像中，觀察不到結(jié)晶部。 [0076] 使用XRD裝置對(duì)非晶氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。當(dāng)利用out-of-plane法分 析時(shí)，檢測(cè)不到表示結(jié)晶面的峰值。另外，在對(duì)非晶氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行電子衍射時(shí)，觀察 到光暈圖案。另外，在對(duì)非晶氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行納米束電子衍射時(shí)，觀察不到斑點(diǎn)，而觀 察到光暈圖案。
[0077] 非晶氧化物半導(dǎo)體膜是以高的濃度包含氫等雜質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體膜。此外，非晶 氧化物半導(dǎo)體膜是其缺陷態(tài)密度高的氧化物半導(dǎo)體膜。
[0078] 雜質(zhì)濃度高且缺陷態(tài)密度高的氧化物半導(dǎo)體膜是載流子陷阱或載流子發(fā)生源多 的氧化物半導(dǎo)體膜。
[0079] 因此，非晶氧化物半導(dǎo)體膜有時(shí)具有比nc-OS膜更高的載流子密度。所以，使用非 晶氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管容易具有常導(dǎo)通電特性。因此，有時(shí)可以將非晶氧化物半導(dǎo)體 膜適用于需要常導(dǎo)通電特性的晶體管。非晶氧化物半導(dǎo)體膜具有較高的缺陷態(tài)密度，因此 有時(shí)具有較多的載流子陷阱。由此，與使用CAAC-0S膜或nc-OS膜的晶體管相比，使用非晶 氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性變動(dòng)大，而成為可靠性低的晶體管。
[0080] 接著，對(duì)單晶氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行說(shuō)明。
[0081] 單晶氧化物半導(dǎo)體膜是雜質(zhì)濃度低且缺陷態(tài)密度低(氧缺陷少）的氧化物半導(dǎo)體 膜。所以，可以降低載流子密度。因此，使用單晶氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管很少具有常導(dǎo)通 電特性。另外，由于單晶氧化物半導(dǎo)體膜具有較低的雜質(zhì)濃度和較低的缺陷態(tài)密度，因此有 時(shí)具有很少的載流子陷阱。因此，使用單晶氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性變動(dòng)小，而成 為可靠性高的晶體管。
[0082] 為了形成單晶，例如能夠以大約1000°C以上的高溫度進(jìn)行焙燒。另一方面， CAAC-0S膜能夠以室溫至500°C左右的低溫度形成，所以在產(chǎn)業(yè)上是優(yōu)選的。
[0083] 注意，氧化物半導(dǎo)體膜的缺陷越少其密度越高。此外，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性越 高其密度越高。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜中的氫等雜質(zhì)的濃度越低其密度越高。單晶氧化 物半導(dǎo)體膜的密度比CAAC-0S膜高。此外，CAAC-0S膜的密度比微晶氧化物半導(dǎo)體膜高。另 外，多晶氧化物半導(dǎo)體膜的密度比微晶氧化物半導(dǎo)體膜高。此外，微晶氧化物半導(dǎo)體膜的密 度比非晶氧化物半導(dǎo)體膜高。
[0084] 此外，氧化物半導(dǎo)體膜有時(shí)具有呈現(xiàn)nc-〇S膜與非晶氧化物半導(dǎo)體膜之間的物 性的結(jié)構(gòu)。將具有這種結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體膜特別稱為amorphous-like氧化物半導(dǎo)體 (a-likeOS:amorphous_likeOxideSemiconductor)膜。
[0085] 在使用高分辨率TEM觀察的a-likeOS膜的圖像中，有時(shí)觀察到空洞（也稱為空 隙)。此外，在使用高分辨率TEM觀察的a-like0S膜的圖像中，有明確地確認(rèn)到結(jié)晶部的 區(qū)域及確認(rèn)不到結(jié)晶部的區(qū)域。a-like0S膜有時(shí)因TEM觀察時(shí)的微量的電子照射而產(chǎn)生 晶化，由此觀察到結(jié)晶部的生長(zhǎng)。另一方面，在良好的nc-〇S膜中，幾乎觀察不到因TEM觀 察時(shí)的微量的電子照射而產(chǎn)生晶化。
[0086] 此外，a-1ike0S膜及nc-〇S膜的結(jié)晶部的大小的測(cè)量可以使用高分辨率TEM圖像 進(jìn)行。例如，InGaZn04的結(jié)晶具有層狀結(jié)構(gòu)，在In-0層之間具有兩個(gè)Ga-Zn-0層。InGaZn04 的結(jié)晶的單位晶格具有三個(gè)In-0層和六個(gè)Ga-Zn-0層的一共九個(gè)層在c軸方向上重疊為 層狀的結(jié)構(gòu)。因此，這些彼此相鄰的層之間的間隔與（009)面的晶格表面間隔（也稱為d值） 大致相等，從結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析求出其值為0. 29nm。因此，著眼于高分辨率TEM圖像的晶格條 紋，在晶格條紋的間隔為0. 28nm以上且0. 30nm以下的區(qū)域，每個(gè)晶格條紋都被認(rèn)為是對(duì)應(yīng) 于InGaZnOjtJ結(jié)晶的a-b面。
[0087] 另外，氧化物半導(dǎo)體膜的密度有時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)而不同。例如，當(dāng)已知某個(gè)氧化物半導(dǎo) 體膜的組成時(shí)，通過以與該組成相同的組成中的單晶的密度與其進(jìn)行比較，可以估計(jì)該氧 化物半導(dǎo)體膜的結(jié)構(gòu)。例如，相對(duì)于單晶的密度，a-like0S膜的密度為78. 6%以上且小于 92. 3%。例如，相對(duì)于單晶的密度，nc-〇S膜的密度和CAAC-0S膜的密度都為92. 3%以上且 小于100%。注意，難以形成其密度相對(duì)于單晶的密度小于78%的氧化物半導(dǎo)體膜。
[0088] 使用具體例子對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。例如，在原子個(gè)數(shù)比滿足In:Ga:Zn=l: 1:1的 氧化物半導(dǎo)體膜中，具有菱方晶系結(jié)構(gòu)的單晶InGaZnOj^密度為6. 357g/cm3。因此，例如， 在原子個(gè)數(shù)比滿足111:6 &:211=1:1:1的氧化物半導(dǎo)體膜中，&-111? 5〇5膜的密度為5.(^/〇113 以上且小于5.9g/cm3。另外，例如，在原子個(gè)數(shù)比滿足In:Ga:Zn=l:l:l的氧化物半導(dǎo)體膜 中，nc-〇S膜的密度和CAAC-0S膜的密度為5. 9g/cm3以上且小于6. 3g/cm3。
[0089] 注意，有時(shí)不存在相同組成的單晶。此時(shí)，通過以任意比例組合組成不同的單晶， 可以算出相當(dāng)于所希望的組成的單晶的密度。根據(jù)組成不同的單晶的組合比例使用加權(quán)平 均計(jì)算所希望的組成的單晶的密度即可。注意，優(yōu)選盡可能減少所組合的單晶的種類來(lái)計(jì) 算密度。
[0090] 注意，氧化物半導(dǎo)體膜例如可以是包括非晶氧化物半導(dǎo)體膜、a-like0S膜、微晶 氧化物半導(dǎo)體膜和CAAC-0S膜中的兩種以上的疊層膜。
[0091] 如上所述，CAAC-0S膜在產(chǎn)業(yè)上也是優(yōu)選的。另外，由于與多晶及微晶相比起因于 晶界的載流子散射小，所以有不容易發(fā)生載流子遷移率的降低的優(yōu)點(diǎn)。此外，因?yàn)镃AAC-0S 膜是缺陷態(tài)密度低的氧化物半導(dǎo)體膜且載流子陷阱少，所以使用CAAC-0S膜的晶體管成為 電特性的變動(dòng)小且可靠性高的優(yōu)良的晶體管。
[0092] 在此，CAAC-0S膜有時(shí)具有多個(gè)結(jié)構(gòu)。在CAAC-0S膜具有多個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，有時(shí)通過利 用后述的納米束電子衍射可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。在此，將c軸取向的多個(gè)結(jié)晶部稱為CAAC結(jié) 構(gòu)。另外，將在CAAC-0S膜中代表性地觀察到的衍射圖案，即呈現(xiàn)c軸取向的衍射圖案，稱 為CAAC結(jié)構(gòu)的衍射圖案。例如，c軸取向的多個(gè)結(jié)晶部即具有CAAC結(jié)構(gòu)的CAAC-OS膜在 使用納米束電子衍射的情況下有時(shí)觀察到CAAC結(jié)構(gòu)的衍射圖案之外的衍射圖案。例如，有 時(shí)觀察到與nc-OS膜同樣的衍射圖案，即nc結(jié)構(gòu)的衍射圖案，有時(shí)觀察到尖晶石型結(jié)晶結(jié) 構(gòu)的衍射圖案。如此，在氧化物半導(dǎo)體膜具有多個(gè)結(jié)構(gòu)的情況下，例如在這些結(jié)構(gòu)與觀察到 CAAC-0S膜的衍射圖案的區(qū)域之間的邊界增大載流子的散射，而導(dǎo)致載流子遷移率的降低。 此外，由于考慮到邊界部容易成為雜質(zhì)的移動(dòng)路徑且容易俘獲雜質(zhì)，所以有增大CAAC-0S 膜的雜質(zhì)濃度的擔(dān)憂。
[0093][納米束電子衍射] 接著，說(shuō)明納米束電子衍射。在氧化物半導(dǎo)體膜具有多個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，有時(shí)通過利用納米束 電子衍射可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。
[0094] 圖22C不出一種透射電子衍射測(cè)量裝置，包括：電子槍室610 ;電子槍室610下的 光學(xué)系統(tǒng)612 ;光學(xué)系統(tǒng)612下的樣品室614 ;樣品室614下的光學(xué)系統(tǒng)616 ;光學(xué)系統(tǒng)616 下的觀察室620 ;設(shè)置于觀察室620的拍攝裝置618 ;以及觀察室620下的膠片室622。以 朝向觀察室620內(nèi)部的方式設(shè)置拍攝裝置618。另外，該透射電子衍射測(cè)量裝置也可以不包 括膠片室622。
[0095] 另外，圖22D示出圖22C所示的透射電子衍射測(cè)量裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。在透射電子 衍射測(cè)量裝置內(nèi)部中，從設(shè)置在電子槍室610的電子槍發(fā)射的電子通過光學(xué)系統(tǒng)612照射 到配置在樣品室614中的物質(zhì)628。穿過物質(zhì)628的電子通過光學(xué)系統(tǒng)616入射到設(shè)置在 觀察室620內(nèi)部的熒光板632中。在熒光板632中，通過呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于所入射的電子的強(qiáng)度 的圖案，可以測(cè)量透射電子衍射圖案。
[0096] 因?yàn)榕臄z裝置618朝向熒光板632地設(shè)置，所以可以拍攝呈現(xiàn)于熒光板632的圖 案。穿過拍攝裝置618的透鏡的中間部及熒光板632的中間部的直線和熒光板632所形成 的角度例如為15°以上且80°以下、30°以上且75°以下或45°以上且70°以下。該角 度越小，由拍攝裝置618拍攝的透射電子衍射圖案的應(yīng)變?cè)酱蟆５纛A(yù)先得知該角度，則能 夠校正所得到的透射電子衍射圖案的應(yīng)變。另外，有時(shí)也可以將拍攝裝置618設(shè)置在膠片 室622。例如，也可以以與電子624的入射方向相對(duì)的方式將拍攝裝置618設(shè)置在膠片室 622中。在此情況下，可以從熒光板632的背面拍攝應(yīng)變少的透射電子衍射圖案。
[0097] 樣品室614設(shè)置有用來(lái)固定作為樣品的物質(zhì)628的支架。支架具有使穿過物質(zhì)628 的電子透過的結(jié)構(gòu)。例如，支架也可以具有在X軸、Y軸、Z軸等上移動(dòng)物質(zhì)628的功能。支 架的移動(dòng)功能例如具有在lnm以上且10nm以下、5nm以上且50nm以下、10nm以上且100nm 以下、50nm以上且500nm以下、lOOnm以上且1ym以下等的范圍內(nèi)移動(dòng)的精度即可。至于 這些范圍，根據(jù)物質(zhì)628的結(jié)構(gòu)設(shè)定最適合的范圍即可。
[0098] 接著，說(shuō)明使用上述透射電子衍射測(cè)量裝置測(cè)量物質(zhì)的透射電子衍射圖案的方 法。
[0099]