体气氛下进行加热处理。接着，利用渗杂装置WlOkV 的加速电压对In-Ga-化氧化物膜添加剂量为5 ?l〇i4ions/cm2的氣，来在In-Ga-化氧化物 膜中形成氧缺损。然后，通过等离子体CVD法形成100皿厚的氮化娃膜。然后，在350°C的 氮及氧的混合气体气氛下进行加热处理。
[0050] 下面说明包含氧化物导电体膜（0C_Arplasma+SiNx)的样品的制造方法。在 通过等离子体CVD法将400nm厚的氧氮化娃膜形成在玻璃衬底上之后，将氧氮化娃膜暴 露于氧等离子体，来形成由于加热而释放氧的氧氮化娃膜。接着，通过使用原子个数比为 In:Ga:化=1:1:1. 2的瓣射祀材的瓣射法在由于加热而释放氧的氧氮化娃膜上形成100皿 厚的In-Ga-化氧化物膜，在450°C的氮气氛下对该氧化物膜进行加热处理，然后在450°C的 氮及氧的混合气体气氛下进行加热处理。接着，在等离子体处理装置中产生氣等离子体，使 加速了的氣离子碰撞到In-Ga-化氧化物膜，来形成氧缺损。然后，通过等离子体CVD法形 成lOOnm厚的氮化娃膜。然后，在350°C的氮及氧的混合气体气氛下进行加热处理。
[0051] 图39示出测定各样品的电阻率的结果。在此，利用四端子的范德伯斯法 (van-der-Pauw法)测定电阻率。在图39中，横轴表示测定温度，纵轴表示电阻率。另外，四 角形示出氧化物导电体膜（〇C_SiN,)的测定结果，圆圈示出氧化物导电体膜（0C_Ardope+ SiNy)的测定结果，S角形示出氧化物半导体膜（0C_Arplasma+SiNy)的测定结果。
[0052] 注意，在附图中未图示，但是不与氮化娃膜接触的氧化物半导体膜的电阻率高，很 难测定出其电阻率。由此可知，氧化物导电体膜的电阻率比氧化物半导体膜低。
[0053] 从图39可知，当氧化物导电体膜（0C_Ardope+SiN,)及氧化物导电体膜（0C_Ar plasma+SiN,)包含氧缺损及氨时，电阻率的变动小。典型的是，在80KW上且290KW下 的范围中，电阻率的变动率为小于±20%。或者，在150KW上且250KW下的范围中，电阻率 的变动率为小于±10%。也就是说，氧化物导电体是简并半导体，可W推测其导带边缘与费 米能级一致或大致一致。由此，通过将氧化物导电体膜用作晶体管的源极区域及漏极区域， 可W使氧化物导电体膜与用作晶体管的源电极及漏电极的导电膜处于欧姆接触，从而可W 在氧化物导电体膜与用作晶体管的源电极及漏电极的导电膜之间降低接触电阻。此外，由 于氧化物导电体的电阻率不太依赖于温度，所W在氧化物导电体膜与用作晶体管的源电极 及漏电极的导电膜之间接触电阻的变动量小，由此可W制造可靠性高的晶体管。
[0054] 在此，图3A至3DW及图4A和4B示出氧化物半导体膜110附近的放大图。注意， 为了简化起见，在图3A至3DW及图4A和4B中省略构成要素的一部分。
[0055] 在氧化物半导体膜110的沟道长度方向的截面形状中，因氧化物半导体膜的载流 子密度增加而使导电性提高的区域(下面称为低电阻区域）被形成。如图3A至3DW及图 4A和4B所示，形成在氧化物半导体膜110中的低电阻区域具有多个构成要素。另外，在图 3A至3DW及图4A和4B中，沟道长度L是夹在一对低电阻区域的区域的长度。
[0056] 如图3A所示，氧化物半导体膜110包括；形成在与导电膜114重叠的区域中的沟 道区域110a;夹着沟道区域110a且包含杂质元素的区域，即低电阻区域11化及110c。另 夕F，如图3A所示，在沟道长度方向的截面形状中，沟道区域110a与低电阻区域11化之间的 边界及沟道区域110a与低电阻区域110c之间的边界隔着绝缘膜112与导电膜114a的下 端部一致或者大致一致。就是说，在俯视形状中，沟道区域110a与低电阻区域11化之间的 边界及沟道区域110a与低电阻区域110c之间的边界与导电膜114a的下端部一致或者大 致一致。
[0057]如图3A所示，在沟道长度方向的截面形状中，也可W导电膜114a的端部位于导电 膜114b的端部的外侧且导电膜114b具有锥形形状。就是说，导电膜114a和导电膜114b 接触的面与导电膜114b的侧面所成的角度0 1也可W为小于90°、10°W上且85°W下、 15°W上且85。W下、30°W上且85。W下、45°W上且85。W下或60。W上且85。W 下。通过将角度01设定为小于90。、10°W上且85。W下、15°W上且85。W下、30°W 上且85。W下、45°W上且85。W下或60。W上且85。W下，可W提高导电膜114b的侧 面上的绝缘膜118的覆盖性。
[005引如图3A所示，在沟道长度方向的截面形状中，也可W绝缘膜112的端部位于导电 膜114a及导电膜114b的端部的外侧。另外，绝缘膜112的端部的一部分也可W具有圆弧 状。此外，绝缘膜112也可W具有锥形形状。就是说，氧化物半导体膜110和绝缘膜112接 触的面与绝缘膜112的侧面所成的角度0 2也可W为小于90°，优选为30°W上且小于 90。。
[005引如图3B所示，在沟道长度方向的截面形状中，低电阻区域11化及110c具有隔着 绝缘膜112与导电膜114重叠的区域。该区域被用作重叠区域。将沟道长度方向上的重叠 区域的长度表示为Lw。Lw为沟道长度L的小于20%、小于10%、小于5%或小于2%。
[0060] 如图3C所示，在沟道长度方向的截面形状中，沟道区域110a具有不与导电膜114a 的下端部重叠的区域。该区域被用作偏置区域。将沟道长度方向上的偏置区域的长度表示 为Lwf。注意，在有多个偏置区域的情况下，将一个偏置区域的长度称为Lwf。Lwf包含于沟 道长度L。Lwf为沟道长度L的小于20%、小于10%、小于5%或小于2%。
[0061] 如图3D所示，在沟道长度方向的截面形状中，氧化物半导体膜110在沟道区域 110a与低电阻区域11化之间具有低电阻区域llOd，在沟道区域110a与低电阻区域110c之 间具有低电阻区域IlOe。低电阻区域ll(M、110e的杂质元素浓度比低电阻区域11化、110c 低且低电阻区域llOcUllOe的电阻率比低电阻区域11化、110c高。在此，虽然低电阻区域 llCkUllOe与绝缘膜112重叠，但是也可W与绝缘膜112及导电膜114重叠。
[0062] 如图4A所示，在沟道长度方向的截面形状中，氧化物半导体膜110在与导电膜 122、124重叠的区域中具有区域llOfUlOg。也可W不对区域ll〇f、ll〇g添加杂质元素。此 时，氧化物半导体膜110在接触于导电膜122、124的区域llOfUlOg与沟道区域110a之间 包括具有杂质元素的区域，即低电阻区域11化、110c。当对导电膜122、124施加电压时，区 域llOfUlOg具有导电性，由此区域llOfUlOg被用作源极区域及漏电极。
[0063] 此外，在形成导电膜122、124之后，将导电膜114、122及124用作掩模，将杂质元 素经过绝缘膜120及绝缘膜118添加到氧化物半导体膜110,来形成图4A所示的结构。
[0064] 如图4B所示，在沟道长度方向的截面形状中，也可W设置夹着沟道区域110a的 低电阻区域 110b、110c、110d、110e、110h及llOi。
[0065] 具体地说，图4B所示的氧化物半导体膜110包括；沟道区域110a;夹着沟道区域 110a的低电阻区域11化、llOi;夹着低电阻区域llOKllOi的低电阻区域llOcUllOe;夹着 低电阻区域ll(M、ll〇e的低电阻区域11化、110c。经过不与导电膜114b重叠的区域的导电 膜114a及绝缘膜112添加杂质元素，来形成低电阻区域11化、llOi。经过不与导电膜114a 及导电膜114b重叠的区域的绝缘膜112添加杂质元素，来形成低电阻区域llOcUllOe。通 过直接添加杂质元素形成低电阻区域11化、110c。由此，低电阻区域11化、llOi的杂质元素 浓度比低电阻区域ll(M、ll〇e及低电阻区域110b、110c低，且低电阻区域llOKllOi的电 阻率比低电阻区域ll(M、ll〇e及低电阻区域llObUlOc高。另外，低电阻区域llOcUllOe 的杂质元素浓度比低电阻区域llObUlOc低，且低电阻区域ll(M、110e的电阻率比低电阻 区域 110b、110c高。
[006引在图4B中，沟道区域110a与导电膜114b重叠。低电阻区域11化、llOi与向导电 膜114b的外侧突出的导电膜114a重叠。低电阻区域110d、110e与向导电膜114a的外侧 突出的绝缘膜112重叠。低电阻区域11化、110c向绝缘膜112的外侧突出且与绝缘膜118 重叠。
[0067]如图3D及图4B所示，通过氧化物半导体膜110包括杂质元素浓度比低电阻区 域110b、110c低且电阻率比低电阻区域11化、110c高的低电阻区域110d、110e、ll化W及 llOi，可W使漏极区域的电场缓和。由此，在晶体管中可W减少起因于漏极区域的电场的阔 值电压的变动。
[006引图3A至3DW及图4A和4B所示的氧化物半导体膜110包括如下区域：不与绝缘 膜112及导电膜114重叠的区域的膜厚度比与绝缘膜112及导电膜114重叠的区域薄。该 薄区域的膜厚度比与绝缘膜112及导电膜114重叠的区域的氧化物半导体膜薄，该薄区域 的厚度为0.InmW上且5nmW下。
[0069] 氧化物半导体膜110中的低电阻区域11化、110c被用作源极区域及漏极区域。另 夕F，低电阻区域11化、11〇(3、11〇(1、11〇6、11化及11〇1包含杂质元素。
[0070] 当杂质元素为稀有气体元素且通过瓣射法形成氧化物半导体膜110时，沟道区域 110aW及低电阻区域11化、11〇(3、110(1、11〇6、11化及1101都包含稀有气体元素。另外，低 电阻区域11化、110c的稀有气体元素浓度比沟道区域110a高。低电阻区域11化、110c的 稀有气体元素浓度比低电阻区域llOcUllOe高。低电阻区域llOcUllOe的稀有气体元素浓 度比低电阻区域llOKllOi高。
[0071] 该是因为如下两个原因：当通过瓣射法形成氧化物半导体膜110时，使用稀有气 体作为瓣射气体，由此在氧化物半导体膜110中包含稀有气体；W及，意图性地对低电阻 区域llObUlOc添加稀有气体，W便在氧化物半导体膜110中形成氧缺损。在低电阻区域 110(1、1106、11化及1101中，根据形成在低电阻区域11化、110(3、110(1、1106、11化及1101上 的膜结构及膜厚度，为了形成氧缺损添加的稀有气体的浓度在上述低电阻区域中都不同。 此外，也可W对低电阻区域11化、11〇(3、110(1、11〇6、11化及1101添加与沟道区域11〇3不同 的稀有气体元素。
[0072] 当杂质元素为棚、碳、氮、氣、侣、娃、磯或氯时，低电阻区域11化、110c、110d、110e、 11化及1101包含上述杂质元素。由此，低电阻区域11化、110(3、110(1、1106、11化及1101的 杂质元素浓度比沟道区域110a高。此外，通过利用二次离子质谱分析法（SIMS;Secondary IonMassSpectrometry)获得的低电阻区域 11013、110(3、110(1、11〇6、11011及110;[的杂质 元素浓度可W为 5Xl0i8atoms/cm3W上且 1X10 22atoms/cm3W下，1X10i9atoms/cm3W上且 1Xl02iatoms/cm3W下，或者 5X10i9atoms/cm3W上且 5X10 2°atoms/cm3W下。
[0073] 当杂质元素为氨时，低电阻区域11化、110(3、110(1、11〇6、11化及1101的氨浓度 比沟道区域110a高。此外，通过利用二次离子质谱分析法获得的低电阻区域11化、110c、 1lOd、1lOe、1lOh及 1lOi的氨浓度可W为 8XI〇i9atoms/cm3W上，1X10 2°atoms/cm3W上，或 者 5Xl〇2°atoms/cm3W上。
[0074] 由于低电阻区域11化、110(3、110(1、11〇6、11化及1101具有杂质元素，所^氧缺损 增加并载流子密度增加。其结果，低电阻区域11化、11〇(3、110(1、11〇6、11化及1101的导电 性得到提高。
[00巧]杂质元素也可W为氨、棚、碳、氮、氣、侣、娃、磯和氯中的任一个W上与稀有气体的 组合。此时，在低电阻区域11化、110(3、110(1、1106、11化及1101中，因稀有气体而形成的氧 缺损和添加了的氨、棚、碳、氮、氣、侣、娃、磯和氯中的任一个W上相互作用，从而有时低电 阻区域11化、110(3、110(1、1106、11化及1101的导电性更高。
[0076] 当对添加了杂质元素形成有氧缺损的氧化物半导体添加氨时，氨进入氧缺损处而 在导带附近形成施主能级。其结果是，可W形成氧化物导电体。因此，氧化物导电体具有透 光性。注意，该里将成为导电体的氧化物半导体称为氧化物导电体。
[0077]氧化物导电体是简并半导体，可W推测其导带边缘与费米能级一致或大致一致。 由此，氧化物导电体膜与用作晶体管的源电极及漏电极的导电膜处于欧姆接触，从而可W 在氧化物导电体膜与用作晶体管的源电极及漏电极的导电膜之间降低接触电阻。
[0078]在本实施方式中所示的晶体管100采用沟道区域110a夹在用作源极区域及漏极 区域的低电阻区域11化和低电阻区域110c的结构。因此，晶体管100的通态电流大且其 电场效应迁移率高。另外，在晶体管100中，将导电膜114用作掩模对氧化物半导体膜110 添加杂质元素。就是说，可W自对准地形成低电阻区域。
[0079] 晶体管100采用不用作栅电极的导电膜114与用作源电极及漏电极的导电膜122、 124重叠的结构。由此，可W降低导电膜114与导电膜122及导电膜124之间的寄生电容。 其结果是，当使用大面积衬底作为衬底102时，可W减少导电膜114与导电膜122及导电膜 124之间的信号迟延。
[0080] 接着，详细地说明图1A至1D所示的半导体装置的其他结构。
[0081] 作为衬底102,可W使用各种衬底，而不局限于特定的衬底。作为该衬底的例子，可W举出半导体衬底(例如，单晶衬底或娃衬底)、S0I(SilicononInsulator;绝缘体上娃)衬 底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、金属衬底、不诱钢衬底、包含不诱钢巧的衬底、鹤衬底、 包含鹤巧的衬底、柔性衬底、贴合薄膜、包含纤维状材料的纸或基材薄膜等。作为玻璃衬底 的一个例子，可W举出领棚娃酸盐玻璃、侣棚娃酸盐玻璃或钢巧玻璃等。作为柔性衬底、贝占 合薄膜及基材薄膜等的例子，可W举出：W聚对苯二甲酸己二醇醋（PET)、聚蒙二甲酸己二 醇醋（PEN)、聚離讽（PES)为代表的塑料；丙締酸树脂等合成树脂等；聚丙締、聚醋、聚氣化 己締或聚氯己締等；聚酷胺、聚酷亚胺、芳族聚酷胺、环氧、无机蒸锻薄膜或纸等。尤其是，通 过使用半导体衬底、单晶衬底或SOI衬底等制造晶体管及电容元件，可W制造特性、尺寸或 形状等的偏差小、电流能力高且尺寸小的晶体管及电容元件。当利用上述晶体管及电容元 件构成电路时，可w实现电路的低功耗化或电路的高集成化。
[0082] 另外，作为衬底102,也可W使用柔性衬底，并且在柔性衬底上直接形成晶体管及 电容元件。或者，也可W将剥离层设置在衬底102与晶体管及电容元件之间。剥离层可W 用于如下情况，即在其上制造半导体元件的一部分或全部，然后将该半导体装置的一部分 或全部从衬底102分离并转置到其他衬底上。此时，也可W将晶体管及电容元件转置到耐 热性低的衬底或柔性衬底上。另外，作为上述剥离层，例如可W使用鹤膜与氧化娃膜的无机 膜的叠层结构或衬底上形成有聚酷亚胺等有机树脂膜的结构等。
[0083] 作为被转置晶体管及电容元件的衬底的例子，除了上述可m受置晶体管及电容元 件的衬底之外，还可W有纸衬底、玻璃纸衬底、芳族聚酷胺薄膜衬底、聚酷亚胺薄膜衬底、石 材衬底、木材衬底、布衬底（包括天然纤维（丝、棉、麻）、合成纤维（巧龙、聚氨醋、聚醋）或 再生纤维（醋醋纤维、铜氨纤维、人造纤维、再生聚醋）等）、皮革衬底、橡胶衬底等。通过使 用上述衬底，可W形成特性良好的晶体管或功耗低的晶体管，可W制造不容易发生故障并 具有耐热性的装置，或者可W实现轻量化或薄型化。
[0084] 通过适当地利用瓣射法、CVD法、蒸锻法、脉冲激光沉积（PLD)法、印刷法及涂敷法 等，可W形成绝缘膜108。另外，例如可单层或叠层使用氧化物绝缘膜或氮化物绝缘膜 形成绝缘膜108。此外，为了提高绝缘膜108与氧化物半导体膜110的界面特性，优选使用 氧化物绝缘膜形成绝缘膜108的至少与氧化物半导体膜110接触的区域。另外，通过使用 由于加热而释放氧的氧化物绝缘膜作为绝缘膜108,可W经过加热处理而使包含在绝缘膜 108中的氧移到氧化物半导体膜110中。
[0085] 绝缘膜108的厚度可W为50nmW上、lOOnmW上且3000nmW下或200nmW上且 lOOOnmW下。通过增加绝缘膜108的厚度，可W增加绝缘膜108的氧释放量，而且还可W降 低在绝缘膜108和氧化物半导体膜110的界面的界面能级密度W及包含在氧化物半导体膜 110的沟道区域110a中的氧缺损。
[0086] 绝缘膜108例如可W使用氧化娃、氧氮化娃、氮氧化娃、氮化娃、氧化侣、氧化給、 氧化嫁或者Ga-化氧化物等，并且W叠层或单层设置。在本实施方式中，作为绝缘膜108a 使用氮化娃膜，作为绝缘膜108b使用氧氮化娃。
[0087] 氧化物半导体膜110典型地使用In-Ga氧化物、In-化氧化物、In-M-化氧化物（M 为Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或册）等金属氧化物形成。此外，氧化物半导体膜110具有透光 性。
[008引另外，在氧化物半导体膜110为In-M-化氧化物的情况下，当In与M之和为lOOatomic%时，In与M的原子百分比如下；In为25atomic% W上且M低于75atomic%或者 In为：Matomic%W上且M低于66atomic0/0。
[0089] 氧化物半导体膜110的能隙为2eVW上、2. 5eVW上或3eVW上。
[0090] 氧化物半导体膜110的厚度为3皿W上且200皿W下、3皿W上且100皿W下或 3nmW上且 60nmW下。
[0091] 当氧化物半导体膜110为In-M-化氧化物时，用来形成In-M-化氧化物膜的瓣射 祀材的金属元素的原子个数比优选满足In>M及化>M。该种瓣射祀材的金属元素的原 子个数比优选为In:M:Zn=l:l:l、In:M:Zn=l:l:l. 2、In:M:Zn=2:l:l. 5、In:M:Zn=2:l:2. 3、 In:M:Zn=2:l:3、In:M:Zn=3:l:2等。另外，所形成的氧化物半导体膜110的原子个数比作 为误差包括上述瓣射祀材的金属元素的原子个数比的±40%的变动。
[0092] 当氧化物半导体膜110包含第14族元素之一的娃或碳时，氧化物半导体膜110 中氧缺损增加，使得氧化物半导体膜110被n型化。因此，在氧化物半导体膜110中，尤其 在沟道区域110a中，可W将娃或碳的浓度巧U用二次离子质谱分析法测得的浓度）设定为 2Xl〇i8atoms/cm3W下，或者2X10i7atoms/cm3W下。其结果，晶体管具有阔值电压成为正 的电特性(也称为常关闭特性)。
[0093] 另外，在氧化物半导体膜110中，尤其在沟道区域110a中，可W将利用二次 离子质谱分析法测得的碱金属或碱±金属的浓度设定为1X1 〇i8atoms/cm3W下，或者 2Xl〇i6atoms/cm3W下。有时当碱金属及碱上金属与氧化物半导体键合时生成载流子而使 晶体管的关态电流增大。由此，优选降低沟道区域110a的碱金属或碱±金属的浓度。其结 果，晶体管具有阔值电压成为正的电特性(也称为常关闭特性)。
[0094]当在氧化物半导体膜110中，尤其在沟道区域110a中含有氮时，有时生成作为载 流子的电子，载流子密度增加，使得沟道区域110a被n型化。其结果是，使用含有氮的氧化 物半导体膜的晶体管容易具有常开启特性。因此，在该氧化物半导体膜中，尤其在沟道区域 110a中优选尽可能地减少氮，例如，可W将利用二次离子质谱分析法测得的氮浓度设定为 5Xl〇i8atoms/cm3W下。
[0095]通过在氧化物半导体膜110中，尤其在沟道区域110a中降低杂质元素，可W降低 氧化物半导体膜的载流子密度。在氧化物半导体膜110中，尤其在沟道区域110a中，可W将 载流子密度设定为1X10"个/cm3W下、1X10 "个/cm3W下、1X10 "个/cm3W下、1X10 11 个/cms^下、或者IX10-9个/cm3W上且 1X10W个/cm3W下。
[0096] 通过作为氧化物半导体膜110使用杂质浓度低且缺陷态密度低的氧化物半导体 膜，可W制造具有更优良的电特性的晶体管。该里，将杂质浓度低且缺陷态密度低(氧缺损 少）的状态称为"高纯度本征"或"实质上高纯度本征"。因为高纯度本征或实质上高纯度本 征的氧化物半导体的载流子发生源较少，所W有可能降低载流子密度。因此，在该氧化物半 导体膜中形成有沟道区域的晶体管容易实现正阔值电压的电特性(也称为常关闭特性)。因 为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较低的缺陷态密度，所W有可能 具有较低的陷阱态密度。高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜的关态电流显 著低，当源电极与漏电极间的电压(漏极电压）在IV至10V的范围时，关态电流也可W为半 导体参数分析仪的测定极限W下，即1X1(T"aw下。因此，在该氧化物半导体膜中形成有 沟道区域的晶体管的电特性变动小，该晶体管有时成为可靠性高的晶体管。
[0097]氧化物半导体膜110例如可W为非单晶结构。非单晶结构例如包括下述CAAC-〇S(CAxisAlignedCrystallineOxideSemiconductor;c轴取向结晶氧化物半导 体）、多晶结构、下述微晶结构或非晶结构。在非单晶结构中，非晶结构的缺陷态密度最高， 而CAAC-0S的缺陷态密度最低。
[009引此外，也可W氧化物半导体膜110为具有非晶结构的区域、微晶结构的区域、多晶 结构的区域、CAAC-0S的区域和单晶结构的区域中的两种W上的区域的混合膜。混合膜有 时采用例如具有非晶结构的区域、微晶结构的区域、多晶结构的区域、CAAC-0S的区域和单 晶结构的区域中的两种W上的区域的单层结构。另外，混合膜有时采用例如层叠有非晶结 构的区域、微晶结构的区域、多晶结构的区域、CAAC-0S的区域和单晶结构的区域中的两种 w上的叠层