(57)【要約】【課題】結晶性を有する金属酸化物膜を形成できるスパッタリングターゲットを提供すること。【解決手段】スパッタリングターゲットが有する金属酸化物の結晶粒または結晶領域の大きさを均一にする。また、結晶粒または結晶領域を、より小さくする。より具体的には、結晶粒径の平均が０．１μｍ以上３μｍ以下で、標準偏差が結晶粒径の平均の１／２以下の多結晶金属酸化物を有するスパッタリングターゲットとする。または、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を有するスパッタリングターゲットとする。【選択図】図１
2014055349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶粒径の平均が０．１μｍ以上３μｍ以下で、
前記結晶粒径の標準偏差が、前記結晶粒径の平均の１／２以下の多結晶金属酸化物を有するスパッタリングターゲット。
【請求項２】
表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を有し、
前記結晶領域の投影面積円相当径の平均が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下で、標準偏差が前記投影面積円相当径の平均の１／２以下であるスパッタリングターゲット。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の結晶領域のうちの、ａ軸およびｂ軸の方向が異なる第１の結晶領域と第２の結晶領域、および前記第１の結晶領域と前記第２の結晶領域の間の結晶領域の電子線回折パターンを比較したとき、
前記第１の結晶領域と前記第２の結晶領域の間の結晶領域では、
前記第１の結晶領域の輝点と、前記第２の結晶領域の輝点と、の間を繋ぐ領域に帯状の輝点が観察されるスパッタリングターゲット。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３において、
前記金属酸化物は、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含むスパッタリングターゲット。
【請求項５】
請求項４において、
前記金属酸化物が含むインジウム、ガリウムおよび亜鉛のうち、
ガリウムの占める割合が２０原子％を越えるスパッタリングターゲット。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５において、
前記結晶粒は六方晶であり、または前記結晶領域は六方晶を有するスパッタリングターゲット。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５において、
シリコンおよび炭素の含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であるスパッタリングターゲット。
【請求項８】
結晶粒径の平均が０．１μｍ以上３μｍ以下で、前記結晶粒径の標準偏差が、前記結晶粒径の平均の１／２以下の多結晶金属酸化物を有するスパッタリングターゲット、
または表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を有し、前記結晶領域の投影面積円相当径の平均が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下で、標準偏差が前記投影面積円相当径の平均の１／２以下であるスパッタリングターゲットの使用方法であって、
イオンを衝突させることで、投影面積円相当径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の平板状のスパッタリング粒子を生成させ、
前記スパッタリング粒子を堆積させるスパッタリングターゲットの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングターゲット、および該スパッタリングターゲットの使用方法に関する。また該スパッタリングターゲットを用いて形成された金属酸化物膜に関する。
【０００２】
なお、本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいい、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁体の金属酸化物、導電体の金属酸化物、および半導体の金属酸化物（酸化物半導体ともいう）の薄膜が、半導体装置をはじめとする様々な製品に用いられている。
【０００４】
スパッタリング法は、基板への付着力の強い膜の形成が可能、スパッタリングターゲットの組成をほぼ保ったまま膜形成が可能、時間制御だけで精度の高い膜厚の制御が可能、といった様々な利点がある。例えば、非晶質シリコン薄膜より高いキャリア移動度を持つ等の性質が注目され、盛んに研究開発が行われている、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化物半導体の成膜方法として広く用いられている（特許文献１）。
【０００５】
インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、比較的容易にトランジスタ特性が得られるものの、非晶質の酸化物半導体膜を用いる傾向にあり、物性が不安定であるため、トランジスタの信頼性の確保が困難であった。
【０００６】
しかしながら、近年の研究開発の結果、結晶性を有する酸化物半導体膜を用いると、非晶質酸化物半導体膜を用いた場合と比較して、トランジスタの信頼性が向上することが明らかとなってきた（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０５／０８８７２６号パンフレット
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓｈｕｎｐｅｉ  Ｙａｍａｚａｋｉ，  Ｊｕｎ  Ｋｏｙａｍａ，  Ｙｏｓｈｉｔａｋａ  Ｙａｍａｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｋｅｎｊｉ  Ｏｋａｍｏｔｏ，  ”Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”  ＳＩＤ  ２０１２  ＤＩＧＥＳＴ  ｐｐ１８３−１８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
酸化物半導体膜に限らず、スパッタリング法を用いて結晶性を有する金属酸化物膜を形成することができれば、導電率の高い導電体膜、耐圧の高い絶縁体膜等となることが期待でき、これらを用いた様々な応用が可能となる。
【００１０】
そこで本発明の一態様では、結晶性を有する金属酸化物膜を形成できるスパッタリングターゲットを提供することを目的の一とする。また、該スパッタリングターゲットを用いた金属酸化物膜の形成方法を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様では、多結晶ターゲット、または後述するＣＡＡＣターゲットを作製し、これらのターゲットが有する金属酸化物の結晶粒または結晶領域の大きさを、均一にする。また、結晶粒または結晶領域を、より小さくする。
【００１２】
より具体的には、本発明の一態様は、結晶粒径の平均が０．１μｍ以上３μｍ以下で、結晶粒径の標準偏差が、結晶粒径の平均の１／２以下の多結晶金属酸化物を有する、スパッタリングターゲットである。
【００１３】
また、本発明の別の一態様は、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を有し、結晶領域の投影面積円相当径の平均が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下で、標準偏差が投影面積円相当径の平均の１／２以下であるスパッタリングターゲットである。
【００１４】
また、上記において、複数の結晶領域が有する、ａ軸およびｂ軸の方向が異なる第１の結晶領域と第２の結晶領域、および第１の結晶領域と第２の結晶領域の間の結晶領域の電子線回折パターンを比較したとき、第１の結晶領域と第２の結晶領域の間の結晶領域では、第１の結晶領域の輝点と、第２の結晶領域の輝点と、の間を繋ぐ領域に帯状の輝点が観察されてもよい。
【００１５】
また、上記において、金属酸化物は、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含んでもよい。
【００１６】
また、上記において、インジウム、ガリウムおよび亜鉛のうち、ガリウムの占める割合が２０原子％を越えてもよい。
【００１７】
また、上記において、結晶粒は六方晶でもよく、結晶領域は六方晶を有してもよい。
【００１８】
また、上記において、シリコンおよび炭素の含有量が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満でもよい。
【００１９】
また、本発明の別の一態様は、イオンを衝突させることで、投影面積円相当径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の平板状のスパッタリング粒子を生成させ、スパッタリング粒子を堆積させる、金属酸化物膜の形成方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様により、結晶性を有する金属酸化物膜を形成できるスパッタリングターゲットを提供することができる。また、該スパッタリングターゲットを用いた金属酸化物膜の形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一態様のスパッタリングターゲットを示す図。
【図２】スパッタリングターゲットの作製方法の一例を示すフロー図。
【図３】スパッタリングターゲットの作製方法の一例を示す図。
【図４】スパッタリングターゲットからスパッタリング粒子を剥離させる様子を示した模式図。
【図５】スパッタリングターゲットからスパッタリング粒子を剥離させる様子を示した模式図。
【図６】スパッタリング粒子が被成膜面に到達し、堆積する様子を示した模式図。
【図７】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶構造の一例を示す図。
【図８】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶構造の一例を示す図。
【図９】アクティブマトリクス型発光装置の概念図。
【図１０】アクティブマトリクス型発光装置の概念図。
【図１１】電子機器を表す図。
【図１２】金属酸化物の透過型電子顕微鏡像。
【図１３】金属酸化物の極微電子線回折パターン。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２３】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００２４】
また、本明細書等において、結晶粒または結晶領域の大きさとは、金属酸化物のある平面に現れる結晶粒または結晶領域の大きさを表すこととする。金属酸化物のある平面に現れる結晶粒または結晶領域の大きさは、走査型電子顕微鏡の反射電子像や透過型電子顕微鏡像等から計測することができる。
【００２５】
また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【００２６】
また、本明細書等において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である、多結晶金属酸化物を有するターゲットについて説明する。
【００２８】
＜多結晶ターゲット＞
図１（Ａ）は本発明の一態様である多結晶金属酸化物を有するターゲット１００を示す図、図１（Ｂ）はターゲット１００の一部Ａを拡大した模式図である。図１（Ｂ）に示すようにターゲット１００は複数の結晶粒を有する。該結晶粒の粒径を均一とし、また平均粒径を小さくすることで、結晶性を有する金属酸化物膜を形成することができる。
【００２９】
より具体的には、結晶粒径の平均は０．１μｍ以上３μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上０．５μｍ以下がより好ましい。
【００３０】
また、結晶粒径の標準偏差は、結晶粒径の平均以下が好ましく、結晶粒径の平均の１／２以下がより好ましく、結晶粒径の平均の１／５以下がさらに好ましい。また、結晶粒の６８％の粒径が結晶粒径の平均の２倍以下であることが好ましく、結晶粒の６８％の粒径が結晶粒径の平均の０．５倍以上結晶粒径の平均の１．５倍以下であることがより好ましく、結晶粒の６８％の粒径が結晶粒径の平均の０．８倍以上１．２倍以下であることがさらに好ましい。
【００３１】
ターゲット１００が有する金属酸化物の組成は、目的の金属酸化物膜に応じて適宜決定することができる。
【００３２】
たとえば、絶縁体の金属酸化物膜の形成を目的とする場合には、ガリウム、ハフニウム、銅、鉄等を含む酸化物とすることができる。
【００３３】
また、導電体の金属酸化物膜の形成を目的とする場合には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯともいう）等とすることができる。
【００３４】
また、半導体である金属酸化物膜（酸化物半導体膜）を形成する場合には、少なくとも酸化インジウムまたは酸化亜鉛を含むことが好ましく、酸化インジウムおよび酸化亜鉛を共に含むターゲットとすることがより好ましい。また、これらに加えて酸化ガリウム、酸化スズ、酸化ハフニウムおよび酸化アルミニウムの少なくともいずれかを有するとより好ましい。このようなターゲットを用いて作製された酸化物半導体膜をトランジスタに適用すると、トランジスタの電気的特性のばらつきを低減できるためである。
【００３５】
たとえば酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛を含むターゲットとする場合、スタビライザーである酸化ガリウムの占める割合が２０原子％を越えると、酸化物半導体膜を用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを低減することができ好ましい。たとえば、インジウム、ガリウム、亜鉛の組成が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：１：１（原子数比）、またはインジウム、ガリウム、亜鉛の組成が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：３：２（原子数比）であるターゲットとすることが好ましい。
【００３６】
酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛を含むターゲットでは、結晶粒が六方晶となることがある。
【００３７】
酸化物半導体膜の形成を目的する場合、ターゲット中に不純物が含まれると、該ターゲットを用いて形成された酸化物半導体膜を用いたトランジスタの電気的特性に悪影響を及ぼしうる。そのため、ターゲット中の不純物濃度は低減されていることが好ましい。ターゲット中の不純物としては、シリコン、炭素、窒素、ホウ素、ヒ素、その他意図せず混入した金属元素等が挙げられる。特にシリコンおよび炭素は、酸化物半導体膜中で不純物準位を形成し、キャリアを生成して酸化物半導体膜をｎ型化させる、またはトラップ準位となることが明らかとなっている。そのためターゲット中のシリコンおよび炭素の含有量は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましく、３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることがより好ましい。
【００３８】
＜多結晶ターゲットの作製方法＞
多結晶金属酸化物を有するターゲット１００の作製方法の一例を、図２を参照して以下に説明する。ここでは酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛を含むターゲットを例にとって説明するが、原料を変更することで他の組成のターゲットも同様に作製することができる。
【００３９】
まず、工程Ｓ１０１において原料となる金属酸化物を合成する。酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛を含むターゲットを作製する場合、原料は酸化インジウム粉末、酸化ガリウム粉末および酸化亜鉛粉末である。
【００４０】
原料の合成方法としては、公知の方法を用いることができる。たとえば金属酸化物の粉末の合成方法の一つとして、硝酸塩や硫酸塩等の金属塩とアルカリ溶液とを混合して中和することによって、金属水酸化物を沈殿生成させ、濾過等で金属水酸化物の沈殿を回収した後、該金属水酸化物を焼成して酸化ガリウムとする方法がある。
【００４１】
次に、工程Ｓ１０２において、工程Ｓ１０１で得られた原料を粉砕する。このとき１μｍ以下に粉砕された金属酸化物の粉末とすることが好ましく、０．１７μｍ以下に粉砕された金属酸化物の粉末とすることがより好ましく、０．０３μｍ以下に粉砕された金属酸化物の粉末とすることがさらに好ましい。
【００４２】
粉砕の方法としては、ボールミル、ビーズミルなどの粉砕機、解砕機を用いる方法、ジェットミルを用いる方法、振動ふるいを用いる方法、超音波を用いる方法等がある。ビーズミルを用いると、金属酸化物の粉末を数十ｎｍにまで粉砕することができる。またジェットミルを用いると、他の意図しない元素の混入を抑制することができる。なお、工程Ｓ１０１における金属水酸化物の沈殿を回収した後、金属水酸化物を焼成する前に、この工程Ｓ１０２の粉砕工程を行ってもよい。
【００４３】
次に、工程Ｓ１０３において、工程Ｓ１０２で得られた金属酸化物の粉末について、第１の分級を行う。続いて、工程Ｓ１０４において、第１の分級を行った金属酸化物の粉末について、第２の分級を行う。
【００４４】
第１の分級および第２の分級の一方で粗粒を除き、他方で微粒を除くことで、均一な粒径の金属酸化物の粉末とする。具体的には、結晶粒径の標準偏差が結晶粒径の平均以下、好ましくは結晶粒径の平均の１／２以下、より好ましくは結晶粒径の平均の１／５以下の粉末とする。
【００４５】
分級の方法としては、乾式、湿式、ふるい分けのいずれを用いてもよい。ふるい分けによる分級は、１μｍ以下の微粒子でも精度よく分級でき、コストが低いといった利点がある。湿式分級の一つである遠心沈降機や液体サイクロンによる分級は、処理能力が高く分級性能もよいという利点がある。
【００４６】
次に、工程Ｓ１０５において、工程Ｓ１０３および工程Ｓ１０４において得られた、金属酸化物の粉末を調合する。ここでは酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛の粉末を調合する。
【００４７】
次に、工程Ｓ１０６において、工程Ｓ１０５で得られた調合された粉末を、ターゲットの形状に成型および焼結する。
【００４８】
成型の方法は特に限定されず、公知の方法で行うことができる。焼結温度としては３００℃以上１２５０℃未満で行うことが好ましい。焼結温度が３００℃未満であると、原料である酸化インジウム、酸化ガリウムおよび酸化亜鉛のそれぞれの結晶から、インジウム−ガリウム−亜鉛を含む酸化物への結晶化が十分に進まない恐れがある。また焼結温度が１２５０℃以上であると、ターゲットに含まれる結晶粒径が大きくなりすぎる恐れがある。
【００４９】
ホットプレス焼結を行うと、焼結温度が比較的低温でも、空隙が少なく高密度なスパッタリングターゲットを作製することが容易であり好ましい。
【００５０】
次に、工程Ｓ１０７において、工程Ｓ１０６で得られたターゲットに仕上げ処理を行う。仕上げ処理としては、表面研削、およびバッキングプレートへのボンディング等を行うことができる。
【００５１】
以上の工程により、本発明の一態様である多結晶金属酸化物を有するターゲット１００を作製することが可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を有するターゲットについて説明する。
【００５３】
本明細書等において、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を、ＣＡＡＣ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）金属酸化物という。同様に、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含むターゲットを、ＣＡＡＣターゲットいう。同様に、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を有する金属酸化物膜を、ＣＡＡＣ金属酸化物膜という。
【００５４】
ＣＡＡＣ金属酸化物膜は、複数の結晶部を有する金属酸化物膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ金属酸化物膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。
【００５５】
ＣＡＡＣ金属酸化物膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ金属酸化物膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【００５６】
ＣＡＡＣ金属酸化物膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【００５７】
一方、ＣＡＡＣ金属酸化物膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【００５８】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。
【００５９】
ＣＡＡＣ金属酸化物膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ金属酸化物膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【００６０】
一方、ＣＡＡＣ金属酸化物膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶金属酸化物膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【００６１】
以上のことから、ＣＡＡＣ金属酸化物膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【００６２】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ金属酸化物膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ金属酸化物膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【００６３】
また、ＣＡＡＣ金属酸化物膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の結晶部が、ＣＡＡＣ金属酸化物膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ金属酸化物膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
【００６４】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ金属酸化物膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ金属酸化物膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ金属酸化物膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【００６５】
ＣＡＡＣ金属酸化物膜は、不純物濃度の低い金属酸化物膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの金属酸化物膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、金属酸化物膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、金属酸化物膜から酸素を奪うことで金属酸化物膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、金属酸化物膜内部に含まれると、金属酸化物膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、金属酸化物膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
【００６６】
また、ＣＡＡＣ金属酸化物膜は、欠陥準位密度の低い金属酸化物膜である。例えば、金属酸化物膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。
【００６７】
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該金属酸化物膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該金属酸化物膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、金属酸化物膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い金属酸化物膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【００６８】
また、ＣＡＡＣ金属酸化物膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
【００６９】
＜ＣＡＡＣターゲット＞
本発明の一態様である表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を有する金属酸化物を有するターゲットは、結晶領域の投影面積円相当径の平均が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７０】
また、結晶領域の投影面積円相当径の標準偏差は、投影面積円相当径の平均以下が好ましく、投影面積円相当径の平均の１／２以下がより好ましく、投影面積円相当径の平均の１／５以下がさらに好ましい。また、結晶領域の６８％の投影面積円相当径が投影面積円相当径の平均の２倍以下であることが好ましく、結晶領域の６８％の投影面積円相当径が投影面積円相当径の平均の０．５倍以上１．５倍以下であることがより好ましく、結晶領域の６８％の投影面積円相当径が投影面積円相当径の平均の０．８倍以上１．２倍以下であることがさらに好ましい。
【００７１】
金属酸化物の組成は、目的の金属酸化物膜に応じて適宜決定することができる。具体的な組成については、実施の形態１の多結晶金属酸化物を有するターゲットについての記載を参酌することができる。
【００７２】
＜ＣＡＡＣターゲットの作製方法＞
表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を有する金属酸化物を有するターゲットの作製方法の一例を、図３を参照して以下に説明する。表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を有する金属酸化物を有するターゲットは、たとえばスパッタリング法により作製することができる。
【００７３】
スパッタリング法により作製する場合、図３（Ａ）のように、公知のターゲット、または実施の形態１で示した多結晶の金属酸化物を有するターゲットを、ターゲット２０２ａとして配置する。そして、ターゲット２０２ａと対向するように、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を形成するターゲット２０５を配置する。そしてターゲット２０２ａの金属酸化物を、ターゲット２０５上に成膜することで、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を有するターゲット２０５を作製する。
【００７４】
スパッタリング法により金属酸化物を成膜する際、ターゲット２０５を高温に保持すると、ターゲット２０５に形成される金属酸化物中に含まれ得る不純物濃度を低減することができる。ターゲット２０５を加熱する温度としては、１５０℃以上５００℃以下とすればよく、好ましくは２００℃以上３５０℃以下とすればよい。また、成膜時にターゲット２０５を高温で加熱することで、ターゲット２０５に形成される金属酸化物膜の結晶性を高めることができる。
【００７５】
また、金属酸化物の成膜は、酸化性雰囲気下または不活性雰囲気下で行うことが好ましい。酸化性雰囲気とは、酸化性ガスを含む雰囲気をいう。酸化性ガスとは、酸素、オゾンまたは亜酸化窒素などであって、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、加熱装置に導入する酸素、オゾン、亜酸化窒素の純度を、８Ｎ（９９．９９９９９９％）以上、好ましくは９Ｎ（９９．９９９９９９９％）以上とする。酸化性雰囲気には、酸化性ガスと不活性ガスが混合されていてもよい。その場合、酸化性ガスが少なくとも１０ｐｐｍ以上含まれる雰囲気とする。また、不活性雰囲気とは、窒素、希ガスなどの不活性ガスを含む雰囲気または酸化性ガスなどの反応性ガスを含まない雰囲気をいう。具体的には、酸化性ガスなどの反応性ガスが１０ｐｐｍ未満である雰囲気とする。なお、酸化性雰囲気又は不活性雰囲気は圧力が１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下であっても構わない。酸化性雰囲気下で成膜することで、ターゲット２０５に形成される金属酸化物膜の結晶性を高めることができる。
【００７６】
また、図３（Ｂ）のように、ターゲット２０２ａにマグネット２０３ａを設け、マグネトロンスパッタ法により、ターゲット２０５上に結晶性の金属酸化物膜を形成してもよい。なお、図３（Ｂ）では、２つのマグネット２０３ａのＳ極がターゲット２０２ａと接するよう配置されているが、これに限定されず、マグネット２０３ａの極性は適宜入れ替えることができる。
【００７７】
また、図３（Ｃ）のように、ターゲット２０２ａおよびターゲット２０２ｂを対向させて設け、対向ターゲット式スパッタリング法により、ターゲット２０５上に結晶性の金属酸化物膜を形成してもよい。
【００７８】
さらに、図３（Ｄ）のように、対向ターゲット式スパッタリング法において、マグネット２０３ａが設けられたターゲット２０２ａ、およびマグネット２０３ｂが設けられたターゲット２０２ｂを傾けて配置させてもよい。図３（Ｄ）のように配置することで、ターゲット２０５への金属酸化物膜の堆積速度を高めることができる。
【００７９】
以上の工程により、本発明の一態様である表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を有するターゲットを作製することができる。
【００８０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した、多結晶ターゲット用いて、金属酸化物膜を形成する方法について詳述する。本実施の形態では、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む金属酸化物（以下、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物という）について説明するが、他の組成のターゲットについても以下の説明を参酌することができる。
【００８１】
図４（Ａ）は、ターゲット１０００にイオン１００１が衝突し、結晶性を有するスパッタリング粒子１００２が生成される様子を示した模式図である。図４（Ａ）のターゲット１０００は、実施の形態１で説明した多結晶金属酸化物を有するターゲットであり、結晶粒１０１０を有する。結晶粒１０１０は、結晶粒径の平均が０．１μｍ以上３μｍ以下、標準偏差が平均粒径以下である。
【００８２】
イオン１００１は、酸素の陽イオンを用いることができる。また、酸素の陽イオンに加えて、アルゴンの陽イオンを用いてもよい。なお、アルゴンの陽イオンに代えて、その他希ガスの陽イオンを用いてもよい。イオン１００１として酸素の陽イオンを用いることで、成膜時のプラズマダメージを軽減することができる。従って、イオン１００１がターゲット１０００の表面に衝突した際に、ターゲット１０００の結晶性が低下すること、または非晶質化することを抑制できる。
【００８３】
結晶粒１０１０からスパッタリング粒子１００２が剥離する様子の詳細を図４（Ｃ）に示す。図４（Ｃ）によれば、結晶粒１０１０は、ターゲット１０００の表面と平行な劈開面１００５を有する。また、結晶粒１０１０は、原子間の結合の弱い部分１００６を有し、点線で示す。結晶粒１０１０にイオン１００１が衝突した際に、原子間の結合の弱い部分１００６の原子間結合が切れる。従って、スパッタリング粒子１００２は、劈開面１００５および原子間の結合の弱い部分１００６によって切断され、平板状で剥離する。なお、スパッタリング粒子１００２の有する投影面積円相当径は、結晶粒１０１０の平均粒径の１／３０００以上１／２０以下、好ましくは１／１０００以上１／３０以下である。このとき結晶粒１０１０の粒径が小さく、均一であると、スパッタリング粒子１００２の有する投影面積円相当径をより小さく、均一にすることができる。
【００８４】
または、結晶粒１０１０の一部が劈開面１００５から粒子１０１２として剥離する。その後、粒子１０１２が、プラズマに曝される場合、プラズマの作用により原子間の結合の弱い部分１００６から結合が切れ、複数のスパッタリング粒子１００２が生成される（図５参照。）。
【００８５】
なお、スパッタリング粒子１００２は、劈開面１００５がａ−ｂ面と平行な平面である六角柱状であってもよい。その場合、六角形の面と垂直な方向が結晶のｃ軸方向である（図４（Ｂ）参照。）。ただし、スパッタリング粒子１００２は、劈開面がａ−ｂ面と平行な平面である三角柱状であってもよい。または、その他の多角柱状であってもよい。なお、スパッタリング粒子１００２は、平面の円相当径が１ｎｍ以上１５ｎｍ以下、または２ｎｍ以上１０ｎｍ以下となる。
【００８６】
スパッタリング粒子１００２は、正に帯電させることが好ましい。スパッタリング粒子１００２が、正に帯電するタイミングは特に問わないが、具体的にはイオン１００１の衝突時に電荷を受け取ることで正に帯電させればよい。または、プラズマが生じている場合、スパッタリング粒子１００２をプラズマに曝すことで正に帯電させればよい。または、酸素の陽イオンであるイオン１００１をスパッタリング粒子１００２の表面に結合させることで正に帯電させればよい。
【００８７】
以下に、スパッタリング粒子の被成膜面に堆積する様子を、図６を用いて説明する。なお、図６では、既に堆積済みのスパッタリング粒子を点線で示す。
【００８８】
図６（Ａ）では、被成膜面１００３はスパッタリング粒子１００２が堆積した表面を有する。なお、被成膜面１００３の下側には、非晶質膜１００７が形成されている。図６（Ａ）より、スパッタリング粒子１００２が正に帯電していることで、スパッタリング粒子１００２は、他のスパッタリング粒子１００２の堆積していない領域に堆積していく。これは、スパッタリング粒子１００２が正に帯電していることにより、スパッタリング粒子１００２同士が互いに反発し合うためである。
【００８９】
このように、堆積して得られる金属酸化物膜は厚さが均一となり、結晶の配向の揃った金属酸化物膜となる。
【００９０】
このときスパッタリング粒子１００２の大きさが均一であると、ターゲットから被成膜面１００３へ到達するスピードをより均一にできる。またスパッタリング粒子１００２の大きさが均一であると、被成膜面に敷き詰めることが容易である。そのためスパッタリング粒子１００２が堆積して得られる金属酸化物膜の結晶領域の投影面積円相当径を、より均一にすることができる。
【００９１】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｙに対応する断面図である。一例としては、堆積したスパッタリング粒子１００２が、被成膜面１００３に垂直な方向に結晶のｃ軸が揃った金属酸化物膜１００４は、ＣＡＡＣ金属酸化物膜となる。
【００９２】
以上のような方法でスパッタリングターゲットを使用することで、厚さが均一であり、結晶の配向の揃った金属酸化物膜を成膜することができる。
【００９３】
図７（Ａ）に、ａ−ｂ面と平行な方向から見たＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶構造の一例を示す。また、図７（Ａ）において、破線で囲った部分を拡大し図７（Ｂ）に示す。
【００９４】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物に含まれる結晶粒において、図７（Ｂ）に示すガリウム原子または／および亜鉛原子ならびに酸素原子を有する第１の層と、ガリウム原子または／および亜鉛原子ならびに酸素原子を有する第２の層と、の間の面が劈開面である。これは、第１の層および第２の層に含まれる負の電荷を有する酸素原子同士が近距離にあるためである（図７（Ｂ）の囲み部参照。）。このように、劈開面はａ−ｂ面に平行な平面であるため、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物からなるスパッタリング粒子は、ａ−ｂ面に平行な平面を有する平板状となる。
【００９５】
図８に、結晶のａ−ｂ面と垂直に見たときのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶構造の一例を示す。ただし、図８では、インジウム原子および酸素原子を有する層のみを抜き出して示す。
【００９６】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、インジウム原子−酸素原子間の結合が弱く、最も切れやすい。即ち、当該結合が切れた場合、酸素原子が脱離し、図８の点線に示すように連続的に酸素原子の欠損（酸素欠損ともいう。）が生じる。図８において、酸素欠損を点線で繋ぐことで、正六角形を描くことができる。このように、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶は、インジウム原子−酸素原子間の結合が切れた場合に生じる、ａ−ｂ面に垂直な面を複数有することがわかる。
【００９７】
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の結晶は六方晶であるため、平板状のスパッタリング粒子は内角が１２０°である正六角形の面を有する六角柱状となりやすい。ただし、平板状のスパッタリング粒子は六角柱状に限定されず、内角が６０°である正三角形の面を有する三角柱状、またはその他の多角柱状の場合もある。
【００９８】
なお、堆積した配向性の高い結晶性金属酸化物膜に対し、酸素欠損を低減するために酸化性雰囲気での加熱処理を行うことが好ましい。
【００９９】
また、実施の形態２で説明したＣＡＡＣターゲットを用いて金属酸化物膜を形成する場合もほぼ同様の過程を経る。ＣＡＡＣターゲットは、表面に垂直な方向から見てｃ軸配向した複数の結晶領域を多数有しているため、該結晶領域から、結晶性を有するスパッタリング粒子１００２が生成される。その他の過程については、多結晶ターゲットを用いて金属酸化物膜を形成する方法を参酌することができる。
【０１００】
本実施の形態で示したようにスパッタリング粒子を堆積させることで、結晶性を有する金属酸化物を形成することができる。またこのように形成された結晶性を有する金属酸化物は、ＣＡＡＣ金属酸化物膜のように明確な結晶粒界が存在しない膜とすることが可能である。導電体や半導体の多結晶金属酸化物膜は、結晶粒界が存在するために、結晶粒界でキャリアの移動が阻害される、結晶粒界に不純物が析出する等の問題が生じる。しかしＣＡＡＣ金属酸化物膜は明確な結晶粒界が存在しないため、これらの問題が生じず、トランジスタをはじめとする半導体装置に好適である。
【０１０１】
本実施の形態の金属酸化物膜の形成方法は、他の実施の形態と組み合わせて用いることができる。
【０１０２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１乃至実施の形態３に記載の結晶性を有する金属酸化物を、トランジスタの半導体膜に適用して作製された半導体装置について説明する。結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さく、信頼性が高いため、様々な半導体装置に好適に用いることができる。
【０１０３】
まず、結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有する、アクティブマトリックス型の発光装置について図９を用いて説明する。
【０１０４】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、着色層等を設けることによってフルカラー化した発光装置の例である。図９（Ａ）には結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタ２００６、２００７、２００８、基板２００１、下地絶縁膜２００２、絶縁膜２００３、第１の層間絶縁膜２０２０、第２の層間絶縁膜２０２１、周辺部２０４２、画素部２０４０、駆動回路部２０４１、発光素子の第１の電極２０２４Ｗ、第１の電極２０２４Ｒ、第１の電極２０２４Ｇ、第１の電極２０２４Ｂ、隔壁２０２５、ＥＬ層２０２８、発光素子の第２の電極２０２９、封止基板２０３１、シール材２０３２ａ、シール材２０３２ｂなどが図示されている。シール材２０３２ｂには乾燥剤を混ぜることもできる。また、着色層（赤色の着色層２０３４Ｒ、緑色の着色層２０３４Ｇ、青色の着色層２０３４Ｂ）は透明な基材２０３３に設ける。また、黒色層（ブラックマトリックス）２０３５をさらに設けても良い。着色層及び黒色層が設けられた透明な基材２０３３は、位置合わせし、基板２００１に固定する。なお、着色層、及び黒色層は、オーバーコート層２０３６で覆われている。また、本実施の形態においては、光が着色層を透過せずに外部へと出る発光層と、各色の着色層を透過して外部に光が出る発光層とがあり、着色層を透過しない光は白、着色層を透過する光は赤、青、緑となることから、４色の画素で映像を表現することができる。
【０１０５】
また、以上に説明した発光装置では、ＴＦＴが形成されている基板２００１側に光を取り出す構造（ボトムエミッション型）の発光装置としたが、封止基板２０３１側に発光を取り出す構造（トップエミッション型）の発光装置としても良い。トップエミッション型の発光装置の断面図を図１０に示す。この場合、基板２００１は光を通さない基板を用いることができる。ＴＦＴと発光素子の陽極とを接続する接続電極を作製するまでは、ボトムエミッション型の発光装置と同様に形成する。その後、第３の層間絶縁膜２０３７を、電極２０２２を覆って形成する。この絶縁膜は平坦化の役割を担っていても良い。第３の層間絶縁膜２０３７は第２の層間絶縁膜２０２１と同様の材料の他、他の公知の材料を用いて形成することができる。またシール材２０３２ｂを、発光素子と封止基板２０３１との間に充填する構成とすることで、光取り出し効率を向上させることができる。
【０１０６】
発光素子の第１の電極２０２４Ｗ、２０２４Ｒ、２０２４Ｇ、２０２４Ｂはここでは陽極とするが、陰極であっても構わない。また、図１０のようなトップエミッション型の発光装置である場合、第１の電極を反射電極とすることが好ましい。ＥＬ層２０２８の構成は、白色の発光が得られるような素子構造とする。白色の発光が得られる構成としては、ＥＬ層を２層用いた場合には一方のＥＬ層における発光層から青色の光が、もう一方のＥＬ層における発光層から橙色の光が得られるような構成や、一方のＥＬ層における発光層から青色の光が、もう一方のＥＬ層における発光層からは赤色と緑色の光が得られるような構成などが考えられる。また、ＥＬ層を３層用いた場合には、それぞれの発光層から、赤色、緑色、青色の発光が得られるようにすることで白色発光を呈する発光素子を得ることができる。
【０１０７】
着色層は、発光素子からの光が発光素子の外部へとでる光路上に設ける。図９（Ａ）のようなボトムエミッション型の発光装置の場合、透明な基材２０３３に着色層２０３４Ｒ、２０３４Ｇ、２０３４Ｂを設けて基板２００１に固定することによって設けることができる。また、図９（Ｂ）のように着色層を絶縁膜２００３と第１の層間絶縁膜２０２０との間に設ける構成としても良い。図１０のようなトップエミッションの構造であれば着色層（赤色の着色層２０３４Ｒ、緑色の着色層２０３４Ｇ、青色の着色層２０３４Ｂ）を設けた封止基板２０３１で封止を行うこともできる。封止基板２０３１には画素と画素との間に位置するように黒色層（ブラックマトリックス）２０３５を設けても良い。着色層（赤色の着色層２０３４Ｒ、緑色の着色層２０３４Ｇ、青色の着色層２０３４Ｂ）や黒色層（ブラックマトリックス）２０３５はオーバーコート層２０３６によって覆われていても良い。なお封止基板２０３１は透光性を有する基板を用いることとする。
【０１０８】
こうして得られた発光素子の一対の電極間に電圧を印加すると白色の発光領域２０４４Ｗが得られる。また、着色層と組み合わせることで、赤色の発光領域２０４４Ｒと、青色の発光領域２０４４Ｂと、緑色の発光領域２０４４Ｇとが得られる。本実施の形態の発光装置は実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いていることから、信頼性が高い発光装置の実現が可能である。
【０１０９】
また、ここでは赤、緑、青、白の４色でフルカラー表示を行う例を示したが特に限定されず、赤、緑、青の３色でフルカラー表示を行ってもよい。
【０１１０】
次に、実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタをその一部に含む電子機器の例について説明する。
【０１１１】
上記トランジスタを適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を以下に示す。
【０１１２】
図１１（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置は、筐体７１０１に表示部７１０３が組み込まれている。また、ここでは、取り付け具７１０５により筐体７１０１を壁面に支持できる構成を示している。表示部７１０３により、映像を表示することが可能であり、表示部７１０３は、実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有する。そのため信頼性の高いテレビジョン装置とすることができる。
【０１１３】
テレビジョン装置の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１０により行うことができる。リモコン操作機７１１０が備える操作キー７１０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７１０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機７１１０に、当該リモコン操作機７１１０から出力する情報を表示する表示部７１０７を設ける構成としてもよい。
【０１１４】
図１１（Ｂ）はコンピュータであり、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングデバイス７２０６等を含む。なお、このコンピュータは、実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有する。図１１（Ｂ）のコンピュータは、図１１（Ｃ）のような形態であっても良い。図１１（Ｃ）のコンピュータは、キーボード７２０４、ポインティングデバイス７２０６の代わりに第２の表示部７２１０が設けられている。第２の表示部７２１０はタッチパネル式となっており、第２の表示部７２１０に表示された入力用の表示を指や専用のペンで操作することによって入力を行うことができる。また、第２の表示部７２１０は入力用表示だけでなく、その他の画像を表示することも可能である。また表示部７２０３もタッチパネルであっても良い。二つの画面がヒンジで接続されていることによって、収納や運搬をする際に画面を傷つける、破損するなどのトラブルの発生も防止することができる。なお、このコンピュータは、実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有するため、信頼性の高いコンピュータとすることができる。
【０１１５】
図１１（Ｄ）は携帯型遊技機であり、筐体７３０１と筐体７３０２の２つの筐体で構成されており、連結部７３０３により、開閉可能に連結されている。筐体７３０１には表示部７３０４が組み込まれ、筐体７３０２には表示部７３０５が組み込まれ、表示部７３０４及び表示部７３０５には、実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタが組み込まれている。また、図１１（Ｄ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部７３０６、記録媒体挿入部７３０７、ＬＥＤランプ７３０８、入力手段（操作キー７３０９、接続端子７３１０、センサ７３１１（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン７３１２）等を備えている。図１１（Ｄ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図１１（Ｄ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。上述のような表示部７３０４および表示部７３０５を有する携帯型遊技機は、実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有するため、信頼性の高い携帯型遊技機とすることができる。
【０１１６】
図１１（Ｅ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、図１１（Ｅ）に示す携帯電話機は、実施の形態３に記載の結晶性の高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有している。そのため、信頼性の高い携帯電話機とすることが可能である。
【０１１７】
図１１（Ｅ）に示す携帯電話機は、表示部７４０２を指などで触れることで、情報を入力することができる構成とすることもできる。この場合、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部７４０２を指などで触れることにより行うことができる。
【０１１８】
表示部７４０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
【０１１９】
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部７４０２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部７４０２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
【０１２０】
また、携帯電話機内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機の向き（縦か横か）を判断して、表示部７４０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
【０１２１】
また、画面モードの切り替えは、表示部７４０２を触れること、又は筐体７４０１の操作ボタン７４０３の操作により行われる。また、表示部７４０２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
【０１２２】
また、入力モードにおいて、表示部７４０２の光センサで検出される信号を検知し、表示部７４０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
【０１２３】
表示部７４０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部７４０２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
【０１２４】
なお、本実施の形態に示す構成は、実施の形態１乃至実施の形態３に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例】
【０１２５】
本実施例では、ｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物を実際に作製し、その結晶性について評価した結果について説明する。
【０１２６】
本実施例では、ｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物として、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を有し、これらの組成が、インジウム：ガリウム：亜鉛＝１：１：１（原子数比）である金属酸化物を用いた。該金属酸化物を、表面、つまりｃ軸に垂直な方向から観察できるよう薄片化し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像および極微電子線回折パターンを得た。
【０１２７】
図１２にＴＥＭ像を、図１３に電子線回折パターンを示す。図１２中に白線の円Ａ、Ｂ、Ｃで示した領域の電子線回折パターンが、図１３（Ａ１）、（Ｂ）、（Ｃ１）である。図１３（Ａ２）に、図１３（Ａ１）の対称軸と、電子線回折パターンの中心から１２時の方向を０°とし、右回りをプラスの角度としたときの対称軸の角度を示す。同様に図１３（Ｃ２）に、図１３（Ｃ１）の対称軸と角度を示す。
【０１２８】
図１２に示すように、該金属酸化物が含む複数の結晶領域の間には、結晶粒界が観察されない。たとえば図１２の白線の円Ａを第１の結晶領域、円Ｃを第２の結晶領域とすると、第１の結晶領域と第２の結晶領域の間の領域（たとえば円Ｂ）に結晶粒界は観察されない。
【０１２９】
また図１３の電子線回折パターンから、第１の結晶領域と第２の結晶領域の間で、連続的にａ軸およびｂ軸の配向が変化していることが説明できる。
【０１３０】
図１３（Ａ１）の第１の結晶領域、および図１３（Ｃ１）の第２の結晶領域の電子線回折パターンでは、３つの対称軸を持つ点状の輝点が観察された。これは、第１の結晶領域および第２の結晶領域が、それぞれｃ軸配向した結晶領域であることを示している。なお、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む金属酸化物は、六方晶となることが知られている。
【０１３１】
また、図１３（Ａ２）に示すように、第１の結晶領域の対称軸の一つは１０．２°であった。また図１３（Ｃ２）に示すように、第２の結晶領域の対称軸の一つは−１７．５°、他の一つは４２．５°であった。このように、第１の結晶領域および第２の結晶領域において、輝点の対称軸の角度（輝点の現れる位置といってもよい）が異なることから、第１の結晶領域と第２の結晶領域のａ軸及びｂ軸の方向が面内で異なることが明らかとなった。
【０１３２】
図１３（Ｂ）の第１の結晶領域と第２の結晶領域の間の領域の電子線回折パターンでは、第１の結晶領域の輝点が生じた１０．２°と、第２の結晶領域の輝点が生じた−１７．５°の間を繋ぐように帯状の輝点が観察された。また、第１の結晶領域の輝点が生じた１０．２°と、第２の結晶領域の輝点が生じた４２．５°の間を繋ぐように帯状の輝点が観察された。
【０１３３】
結晶粒界を有する多結晶金属酸化物では、結晶粒界をまたぐように電子線回折パターンを取得すると、それぞれの結晶が有する点状の輝点が同時に観察されることが知られている。しかし、図１３（Ｂ）のように帯状の輝点となることはない。
【０１３４】
また、非晶質金属酸化物では電子線回折パターンを取得すると、同心円状に輝度の高い領域が現れることが知られている。これも、図１３（Ｂ）のような帯状の輝点とは異なるものである。
【０１３５】
このようにＴＥＭ像および電子線回折パターンからは、ｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物には結晶粒界が観察されず、ｃ軸配向した複数の結晶領域を含む金属酸化物は、多結晶金属酸化物とも、非晶質金属酸化物とも異なることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１３６】
１００    ターゲット
２０２ａ    ターゲット
２０２ｂ    ターゲット
２０３ａ    マグネット
２０３ｂ    マグネット
２０５    ターゲット
１０００    ターゲット
１００１    イオン
１００２    スパッタリング粒子
１００３    被成膜面
１００４    金属酸化物膜
１００５    劈開面
１００６    部分
１００７    非晶質膜
１０１０    結晶粒
１０１２    粒子
２００１    基板
２００２    下地絶縁膜
２００３    絶縁膜
２００６    トランジスタ
２００７    トランジスタ
２００８    トランジスタ
２０２０    層間絶縁膜
２０２１    層間絶縁膜
２０２２    電極
２０２４Ｂ    電極
２０２４Ｇ    電極
２０２４Ｒ    電極
２０２４Ｗ    電極
２０２５    隔壁
２０２８    ＥＬ層
２０２９    電極
２０３１    封止基板
２０３２ａ    シール材
２０３２ｂ    シール材
２０３３    基材
２０３４Ｂ    着色層
２０３４Ｇ    着色層
２０３４Ｒ    着色層
２０３６    オーバーコート層
２０３７    層間絶縁膜
２０４０    画素部
２０４１    駆動回路部
２０４２    周辺部
２０４４Ｂ    発光領域
２０４４Ｇ    発光領域
２０４４Ｒ    発光領域
２０４４Ｗ    発光領域
７１０１    筐体
７１０３    表示部
７１０５    取り付け具
７１０７    表示部
７１０９    操作キー
７１１０    リモコン操作機
７２０１    本体
７２０２    筐体
７２０３    表示部
７２０４    キーボード
７２０５    外部接続ポート
７２０６    ポインティングデバイス
７２１０    表示部
７３０１    筐体
７３０２    筐体
７３０３    連結部
７３０４    表示部
７３０５    表示部
７３０６    スピーカ部
７３０７    記録媒体挿入部
７３０８    ＬＥＤランプ
７３０９    操作キー
７３１０    接続端子
７３１１    センサ
７３１２    マイクロフォン
７４０１    筐体
７４０２    表示部
７４０３    操作ボタン
７４０４    外部接続ポート
７４０５    スピーカ
７４０６    マイク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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