JP4384623B2

JP4384623B2 - 有機薄膜トランジスタ、その製造方法、及びそれを具備した平板表示装置

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Publication number: JP4384623B2
Application number: JP2005200427A
Authority: JP
Inventors: 南 ▲てつ▼ 楊
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Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2009-12-16
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Description

本発明は、有機薄膜トランジスタ及びそれを具備した平板ディスプレイ装置に係り、より詳細には、隣接した有機薄膜トランジスタ素子間のクロストークによる素子誤作動を防止できる構造の有機薄膜トランジスタ及びそれを具備した平板ディスプレイ装置に関する。

液晶ディスプレイ素子、有機電界発光ディスプレイ素子、及び無機電界発光ディスプレイ素子などの平板表示装置に使われる薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴ）は、各ピクセルの動作を制御するスイッチング素子及びピクセルを駆動させる駆動素子として使われる。

このようなＴＦＴは、高濃度の不純物でドーピングされたソース／ドレイン領域と、このソース／ドレイン領域の間に形成されたチャンネル領域とを持つ半導体層を持ち、この半導体層と絶縁されて、前記チャンネル領域に対応する領域に位置するゲート電極と、前記ソース／ドレイン領域にそれぞれ接触するソース／ドレイン電極とを持つ。

一方、最近の平板ディスプレイ装置は、薄型化とともにフレキシブルな特性が要求されている。

このようなフレキシブルな特性のために、ディスプレイ装置の基板として、従来のガラス材基板の代わりにプラスチック基板を使用しようとする試みが多くなされているが、このようにプラスチック基板を使用する場合には、前述したように、高温工程を使用せず、低温工程を使用する必要がある。したがって、従来のポリシリコン系ＴＦＴを使用し難いという問題があった。

これを解決するために、最近は有機半導体が注目されている。有機半導体は、低温工程で形成できて、低コストのＴＦＴを実現できるという長所を持つ。

ところが、このような有機半導体の隣接した素子間のクロストークによる誤作動問題が指摘されている。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な工程を通じて形成されて、隣接素子間のクロストークを低減または防止できる構造の有機ＴＦＴ及びそれを備える平板ディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、本発明の一面によれば、基板の表面上に形成されたソース／ドレイン電極と、前記ソース／ドレイン電極の上部に配置されて、ソース／ドレイン領域及びチャンネル領域を備える有機半導体層と、前記有機半導体層の上方に配置されるゲート電極と、前記有機半導体層の表面上に配置される第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記ゲート電極との間に前記第１絶縁層を覆うように形成された第２絶縁層と、を備え、前記有機半導体層のソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む活性領域の外郭部に沿って、前記有機半導体層及び前記第１絶縁層の少なくとも一部に貫通部が形成されており、当該貫通部に前記第２絶縁層が充填されていることを特徴とする有機ＴＦＴを提供する。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記貫通部は、前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む前記有機半導体層の外郭部に沿って閉曲線をなす。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記貫通部は、前記有機半導体層の前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域以外のあらゆる領域を含む。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体のうち少なくともいずれか一つを含む。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記第１絶縁層は、フォトレジストを含む。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記第１絶縁層は、ネガティブフォトレジストを含む。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記ネガティブフォトレジストは、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリフェノール系樹脂、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記第２絶縁層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＢＳＴ、及びＰＺＴのうち一つ以上を含む無機絶縁層である。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記第２絶縁層は、ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）誘導体を含むアクリル系高分子、ＰＳ（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）誘導体を含むポリスチレン系共重合体、ＰＶＮ（ｐｏｌｙ（１−ｖｉｎｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ））誘導体を含むポリビニルアリーレン系高分子、ポリブタジエン系共重合体、ポリイソブチレン系共重合体、ＰＶＰ（ｐｏｌｙ（４−ｖｉｎｙｌｐｈｅｎｏｌ））誘導体を含むフェノール系高分子、ノボラック系樹脂、イミド系高分子、アリールエーテル系高分子、イミド系高分子、フッ素に部分置換または完全置換されたフッ素系高分子、パリレン誘導体を含むｐ−キシリレン系高分子、ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）誘導体を含むビニルアルコール系高分子、メチルシロキサン高分子、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む高分子系有機絶縁層である。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記高分子系有機絶縁層は、非硬化高分子で構成される。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記高分子系有機絶縁層は、硬化高分子で構成される。

本発明の有機ＴＦＴによれば、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は同じ材料で構成される。

本発明の他の一面によれば、基板の表面上に形成される有機ＴＦＴ層と、前記有機ＴＦＴ層と電気的に接続されている画素部と、を備える平板ディスプレイ装置において、前記有機ＴＦＴ層は、基板の表面上に形成されたソース／ドレイン電極と、前記ソース／ドレイン電極の上部に配置され、ソース／ドレイン領域及びチャンネル領域を備える有機半導体層と、前記有機半導体層の上方に配置されるゲート電極と、前記有機半導体層の表面上に配置される第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記ゲート電極との間に前記第１絶縁層を覆うように形成された第２絶縁層と、を備え、前記有機半導体層のソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む活性領域の外郭部に沿って、前記有機半導体層及び前記第１絶縁層の少なくとも一部に貫通部が形成されており、当該貫通部に前記第２絶縁層が充填されていることを特徴とする平板ディスプレイ装置を提供する。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記貫通部は、前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む前記有機半導体層の外郭部に沿って閉曲線をなす。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記貫通部は、前記有機半導体層の前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域以外のあらゆる領域を含む。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体のうち少なくともいずれか一つを含む。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記第１絶縁層は、フォトレジストを含む。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記第１絶縁層は、ネガティブフォトレジストを含む。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記ネガティブフォトレジストは、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリフェノール系樹脂、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記第２絶縁層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＢＳＴ、及びＰＺＴのうち一つ以上を含む無機絶縁層である。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記第２絶縁層は、ＰＭＭＡ誘導体を含むアクリル系高分子、ＰＳ誘導体を含むポリスチレン系共重合体、ＰＶＮ誘導体を含むポリビニルアリーレン系高分子、ポリブタジエン系共重合体、ポリイソブチレン系共重合体、ＰＶＰ誘導体を含むフェノール系高分子、ノボラック系樹脂、イミド系高分子、アリールエーテル系高分子、イミド系高分子、フッ素に部分置換または完全置換されたフッ素系高分子、パリレン誘導体を含むｐ−キシリレン系高分子、ＰＶＡ誘導体を含むビニルアルコール系高分子、メチルシロキサン高分子、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む高分子系有機絶縁層である。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記高分子系有機絶縁層は、非硬化高分子で構成される。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記高分子系有機絶縁層は、硬化高分子で構成される。

本発明の平板ディスプレイ装置によれば、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、同じ材料で構成される。

本発明のさらに他の一面によれば、基板の表面上にソース／ドレイン電極を形成する工程と、前記ソース／ドレイン電極の表面上に有機半導体層を形成する工程と、前記有機半導体層の表面上に第１絶縁層を形成する工程と、前記有機半導体層のソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む活性領域の外郭部に沿って、前記第１絶縁層の少なくとも一部に絶縁貫通部を形成するように、前記第１絶縁層をパターン化する工程と、前記絶縁貫通部を通じて露出された前記有機半導体層の少なくとも一部を除去して、有機半導体層の貫通部を形成する工程と、少なくとも前記第１絶縁層の上部に、前記第１絶縁層を覆いつつ前記貫通部に充填される第２絶縁層を形成する工程と、前記第２絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする有機ＴＦＴの製造方法を提供する。

前記本発明の有機ＴＦＴの製造方法によれば、前記絶縁貫通部及び前記有機半導体層の貫通部は閉曲線をなす。

前記本発明の有機ＴＦＴの製造方法によれば、前記絶縁貫通部及び前記有機半導体層の貫通部は、前記有機半導体層の前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域以外のあらゆる領域を含む。

前記本発明の有機ＴＦＴの製造方法によれば、前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体のうち少なくともいずれか一つを含む材料で形成される。

前記本発明の有機ＴＦＴの製造方法によれば、前記第１絶縁層は、フォトレジストを含む材料で形成される。

前記本発明の有機ＴＦＴの製造方法によれば、前記第１絶縁層は、ネガティブフォトレジストを含む材料で形成される。

前記本発明の有機ＴＦＴの製造方法によれば、前記ネガティブフォトレジストは、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリフェノール系樹脂、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

第１に、有機半導体層の形成過程を単純に維持しつつも、追加的な簡単な工程を通じて近隣ＴＦＴと隔離させることによって、ＴＦＴ間のクロストークによる干渉を防止して誤作動を防止できる。

第２に、絶縁貫通部の形成時、有機半導体層の表面上に形成された絶縁層としてフォトレジスト、特に、ネガティブフォトレジストを使用することによって、工程の迅速性及び高い解像度を維持すると同時に、下部有機半導体層との密着性を向上または維持させることによって、工程コスト及び製品性能を確保できる。

第３に、前記有機ＴＦＴを備える平板ディスプレイ装置を通じて、画素間の誤作動を防止して画面品質が改善された構造の平板ディスプレイ装置を提供できる。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施の形態についてさらに詳細に説明する。

図１Ａないし図１Ｆには、本発明の望ましい一実施の形態による有機ＴＦＴの部分断面図が図示されている。まず、図１Ａに示すように、基板１１０の表面上には導電層が形成された後、適切なパターン化過程を経て、ソース及びドレイン電極（以下、ソース／ドレイン電極）１２０ａ，１２０ｂが形成される。

ここで、基板１１０はガラス材でもあり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、及びセルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）のようなプラスチック材でもある。

ソース／ドレイン電極１２０ａ，１２０ｂは、多様な導電性材料で形成できるが、下部基板１１０との密着性を考慮して金属層からなることが望ましい。場合によっては、ソース／ドレイン電極１２０ａ，１２０ｂを形成する過程で発生可能な下部基板１１０の損傷を防止するために、バッファ層（図示せず）がさらに備えられることもある。

ソース／ドレイン電極１２０ａ，１２０ｂが形成された後、図１Ｂに示すように、ソース／ドレイン電極１２０ａ，１２０ｂの表面上には有機半導体層１３０が全面形成される。有機半導体層１３０は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体のうち少なくともいずれか一つを含むことが望ましい。

有機半導体層１３０は、下部に配置されたソース電極１２０ａと接触するソース領域１３０ａ及びドレイン電極１２０ｂと接触するドレイン領域１３０ｂ（以下、ソース／ドレイン領域１３０ａ，１３０ｂ）とチャンネル領域１３０ｃとを含む活性領域１３０’を備える。また、有機半導体層１３０は、活性領域１３０’の外側に沿って配置される外郭部、すなわち、非活性領域１３０”を備える。

有機半導体層１３０が形成された後、有機半導体層１３０の表面上には、複数の絶縁層が形成される。まず、図１Ｃに示すように、有機半導体層１３０の表面上には、第１絶縁層１４０ａが形成される。そして、図１Ｄに示すように、適切なパターン化工程を通じて有機半導体層１３０の表面上に形成された第１絶縁層１４０ａには、絶縁貫通部１４２ａが形成される。

このような第１絶縁層１４０ａのパターン化工程は、多様な方法が使われるが、図１Ｃ及び図１Ｄに示すような本発明による一実施の形態として、フォトリソグラフィ法を利用することもある。すなわち、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、第１絶縁層１４０ａとして、フォトレジストを含む材料を使用することによって、簡単な露光及び現像工程を通じて第１絶縁層１４０ａをパターン化させることができる。第１絶縁層１４０ａとしては、フォトレジスト以外にも多様な絶縁性材料が使われるが、今後形成される絶縁貫通部１４２ａを考慮して、工程上容易な材料で選択されることが望ましい。

第１絶縁層１４０ａに形成された絶縁貫通部１４２ａは、ソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む有機半導体層の活性領域１３０’（図１Ｂ参照）の外郭部、すなわち、それぞれの有機ＴＦＴ間の領域に形成される。絶縁貫通部１４２ａは、有機半導体層１３０の外郭部のいずれか一側に形成されることもあり、場合によっては、絶縁貫通部１４２ａは、有機半導体層１３０の外郭部を取り囲む閉曲線をなすこともある。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、残留部分による製作エラーを最小化させるために、絶縁貫通部１４２ａは、ソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む有機半導体層の活性領域１３０’（図１Ｂ参照）を除外したあらゆる領域に形成されることも可能である。

このような絶縁貫通部１４２ａは、多様な方法で形成されることができる。しかしながら、工程の容易性のために、上述したように第１絶縁層１４０ａを、フォトレジストを含む材料で構成して、フォトリソグラフィ法を利用して絶縁貫通部１４２ａを形成することもできる。すなわち、図１Ｃに示すように、ネガティブフォトレジストを含む材料で第１絶縁層１４０ａを構成した後、適切なマスクパターン１４１を通じて、有機半導体層１３０の活性領域１３０’に対応する第１絶縁層１４０ａの領域を、光源（図示せず）を通じて露光させてそれを現像することにより、図１Ｄに示すように、第１絶縁層１４０ａに絶縁貫通部１４２ａを形成できる。第１絶縁層１４０ａとして、ネガティブフォトレジストを使用することによって、貫通部を通じて露出された下部有機半導体層１３０の除去工程で、絶縁層１４０ａが耐溶剤性を持つことができ、上部への第２絶縁層１４０ｂの成膜工程で、下部絶縁層１４０ａの寸法安定性を確保する効果を持つこともできる。本実施の形態では、露光及び現像工程を通じた絶縁貫通部１４２ａの形成について記述されたが、本発明による絶縁貫通部はこれに限定されず、エッチング工程を通じてなされるなど、多様な方法を通じて絶縁貫通部１４２ａを形成することもできる。なお、ネガティブフォトレジストは、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリフェノール系樹脂、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む。

第１絶縁層１４０ａに絶縁貫通部１４２ａを形成した後、図１Ｅに示すように、第１絶縁層１４０ａに形成された絶縁貫通部１４２ａを通じて露出された有機半導体層１３０の非活性領域１３０”の少なくとも一部を除去して、有機半導体層の貫通部１３１を形成する。

このような除去工程、すなわち、有機半導体層の貫通部１３１の形成工程は、有機半導体層１３０をなす有機半導体物質を溶解できる溶剤を使用することによって行われるが、有機半導体層１３０において第１絶縁層１４０ａによって露出されていない部分は、溶剤との直接的な接触が遮断されることによって溶剤から保護される。ただし、溶剤を使用して、有機半導体層１３０の非活性領域１３０”の少なくとも一部を除去するにあって、絶縁貫通部１４２ａの側面から有機半導体層１３０の活性領域１３０’への浸湿を防止するために、絶縁貫通部１４２ａの幅及び使われる溶剤の量を適切に選択することが望ましい。特に、使われる溶剤の溶解度または量が過多の場合、側面から有機半導体層１３０に浸湿することによって、願わない領域に損傷を加えることもあり、使われる溶剤の溶解度または量が過小の場合、絶縁貫通部１４２ａを通じて露出された有機半導体層１３０の非活性領域１３０”が完全に除去されずに残留することによって、完壁なクロストーク防止を達成できないこともあるために、使われる溶剤の適切な選択が重要である。

有機半導体層の貫通部１３１は、有機半導体層１３０の活性領域１３０’の外郭部、すなわち、非活性領域１３０”の少なくとも一部に形成されることによって、互いに隣接したＴＦＴ間のクロストークによる個々の有機ＴＦＴの誤作動を防止することもできる。このような有機半導体層の貫通部１３１は、絶縁貫通部１４２ａの場合と同じく閉曲線をなすこともでき、上記のように、有機半導体層の活性領域を除外したあらゆる領域において、除去された領域で構成されることも可能である。

有機半導体層の貫通部１３１が形成された後、図１Ｆに示すように、第１絶縁層１４０ａの上部には、ゲート電極１５０が形成される。ゲート電極１５０は、少なくともソース／ドレイン電極１２０ａ，１２０ｂ及び有機半導体層１３０の活性領域１３０’と交差する位置に形成されることができる。形成方法としては、ファインメタルマスク（ＦＭＭ）などを利用した蒸着などの方法が利用でき、その他にも多様な方法が利用できる。ゲート電極１５０としては、Ｍｏ、Ｗのような金属性材料だけでなく、導電性高分子物質のような多様な導電性材料が使われることも可能である。

一方、前述したような有機ＴＦＴの変形例として、図２Ａ及び図２Ｂに示すような構造を使用することもできる。

すなわち、図１Ｅに示すように、有機半導体層の貫通部１３１が形成された後、図２Ａに示すように、第１絶縁層１４０ａの上部に第２絶縁層１４０ｂが形成されることができる。第２絶縁層１４０ｂを構成する材料として、多様な材料が選択されるが、場合によっては、下部の第１絶縁層１４０ａとの密着性及び工程容易性を考慮して、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＢＳＴ、及びＰＺＴのうち一つ以上を含む無機絶縁層で構成されることができる。また、第２絶縁層１４０ｂは、ＰＭＭＡ誘導体を含むアクリル系高分子、ＰＳ誘導体を含むポリスチレン系共重合体、ＰＶＮ誘導体を含むポリビニルアリーレン系高分子、ポリブタジエン系共重合体、ポリイソブチレン系共重合体、ＰＶＰ誘導体を含むフェノール系高分子、ノボラック系樹脂、イミド系高分子、アリールエーテル系高分子、イミド系高分子、フッ素に部分置換または完全置換されたフッ素系高分子、パリレン誘導体を含むｐ−キシリレン系高分子、ＰＶＡ誘導体を含むビニルアルコール系高分子、メチルシロキサン高分子、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む高分子系有機絶縁層で構成されることもでき、無機絶縁層及び有機絶縁層を含む複数の絶縁層で構成されることもできるなど、多様な変形が可能である。さらに、高分子系有機絶縁層は、非硬化高分子で構成されることもあり、熱及び／または紫外線による硬化高分子で構成されることある。

第２絶縁層１４０ｂは、少なくとも絶縁貫通部１４２ａ及び有機絶縁層の貫通部１３１に充填されることによって、今後形成されるゲート電極１５０（図２Ｂ参照）のような導電性層が形成される過程で、有機絶縁層の貫通部１３１の下面に導電性材料が形成されることを防止する。したがって、隣接したＴＦＴ間において、前記導電性材料に起因する電気的疎通によってクロストークが誘発されることが防止される。

本実施の形態では、第１絶縁層１４０ａと第２絶縁層１４０ｂとを相異なる材料で構成すると記述されたが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、第１絶縁層及び第２絶縁層を含む複数の絶縁層が備えられるが、有機半導体層の活性領域の外郭部に沿って、有機半導体層及び第１絶縁層の少なくとも一部に貫通部が備えられる範囲で、第１絶縁層及び第２絶縁層は相等しい材料で構成されることも可能であるなど、多様な変形が可能である。

第２絶縁層１４０ｂが形成された後、図２Ｂに示すように、第２絶縁層１４０ｂの表面上に、少なくともソース／ドレイン電極１２０ａ，１２０ｂ及び有機半導体層１３０の活性領域１３０’と交差する位置に、ゲート電極１５０を形成する。ゲート電極１５０としては、Ｍｏ、Ｗのような金属性材料だけでなく導電性高分子物質のような多様な導電性材料が使われることもある。

一方、上記のような構造の有機ＴＦＴは、多様な具現例をなすことができる。図３には、本発明の他の実施の形態による平板ディスプレイ装置、特に有機電界発光ディスプレイ装置が図示されているが、ここで、１つの有機ＴＦＴ及び１つのディスプレイ画素が図示されているが、これは本発明を説明するための一例であって、本発明はこれに限定されない。

電界発光ディスプレイ装置２００のディスプレイ領域は、画素部２００ａ及び有機ＴＦＴ層２００ｂで構成される。有機ＴＦＴ層２００ｂは、上述した有機ＴＦＴの構造と同一である。基板２１０の表面には、ソース／ドレイン電極２２０ａ，２２０ｂが形成され、ソース／ドレイン電極２２０ａ，２２０ｂを覆うように有機半導体層２３０が形成される。有機半導体層２３０の上部には、第１絶縁層２４０ａ及び第２絶縁層２４０ｂが形成され、第２絶縁層２４０ｂの上部には、ゲート電極２５０が配置され、それら有機ＴＦＴ層を覆うように、絶縁層としての平坦化層２６０が配置される。図３で、ゲート電極２５０は、平坦化層２６０によって覆われると図示されているが、ゲート電極２５０と平坦化層２６０との間には、無機絶縁層（図示せず）が追加的に形成されるなど多様な変形が可能である。

平坦化層２６０の表面上には第１電極層２７０が形成される。第１絶縁層２４０ａ、第２絶縁層２４０ｂ、及び平坦化層２６０に形成されたビアホール２６１を通じて、第１電極層２７０は、有機ＴＦＴ層のドレイン電極２２０ｂと電気的に接続されている。

第１電極層２７０は、多様な構成が可能であるが、例えば、図３に示すように、第１電極層２７０がアノード電極として作動し、前面発光型の場合には、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ及びこれらの化合物を含む反射電極と、その上に形成される透明電極とで構成されることもあり、背面発光型の場合、第１電極層２７０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯまたはＩｎ_２Ｏ_３のような透明導電性物質から形成された透明電極でもあり、第１電極層２７０は単一層、及び二重層に限定されず、多重層で構成されることもあるなど、多様な変形が可能である。

平坦化層２６０の表面上には、画素定義層２８０が形成されるが、画素定義層２８０は、第１電極層２７０の表面に光を取り出すための画素開口部２７１を定義する。第１電極層２７０の表面上には、有機電界発光部２９０が形成される。

有機電界発光部２９０としては、低分子または高分子有機膜が使われることが可能であるが、低分子有機膜を使用する場合、ホール注入層（ＨＩＬ：ＨｏｌｅＩｎｊｅｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ）、ホール輸送層（ＨＴＬ：ＨｏｌｅＴｒａｎｓｐｏｒｔＬａｙｅｒ）、発光層（ＥＭＬ：ＥｍｉｓｓｉｏｎＬａｙｅｒ）、電子輸送層（ＥＴＬ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＴｒａｎｓｐｏｒｔＬａｙｅｒ）、及び電子注入層（ＥＩＬ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＩｎｊｅｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ）などが単一あるいは複合の構造で積層されて形成でき、使用可能な有機材料も、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、及びトリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）などをはじめとして多様に適用可能である。それら低分子有機膜は、真空蒸着法で形成される。

高分子有機膜の場合には、大体ＨＴＬ及びＥＭＬで備えられた構造を持つことができ、この時、前記ＨＴＬとしてＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を使用し、ＥＭＬとしてＰＰＶ（Ｐｏｌｙ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）系及びポリフルオレン系などの高分子有機物質を使用し、これをスクリーン印刷やインクジェット印刷方法で形成できる。上記のような有機電界発光部を構成する有機膜は必ずしもこれに限定されるものではなく、多様な実施の形態が適用可能であるということはいうまでもない。

第２電極層３００も、第１電極層２７０の場合と同じく、電極層の極性及び発光類型によって多様な構成が可能である。すなわち、第２電極層３００がカソード電極として作動し、かつ発光類型が前面発光型の場合、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、及びこれらの化合物で有機電界発光部２９０の表面上に仕事関数を合せるための電極を形成した後、その上にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、及びＩｎ_２Ｏ_３などの透明電極を形成することもでき、背面発光型の場合、第２電極層３００は、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、及びこれらの化合物のように仕事関数の小さな材料で、一層以上の層で構成され、第２電極層３００は、全面形成されもするが、これに限定されず、多様な構成をとることができる。一方、上記実施の形態では、第１電極層２７０がアノード電極として、そして第２電極層３００がカソード電極として作動する場合につい記述されたが、互いに逆の極性を備えることもできるなど多様な構成が可能である。

また一方、図面には図示されていないが、基板２１０上に形成された有機ＴＦＴ層及び画素部で構成されるディスプレイ領域は、密封部材によって密封される。すなわち、第２電極層３００の上部に密封基板が介在されて、少なくともディスプレイ領域を密封させることもでき、第２電極層の表面上に一層以上の層を具備する薄膜形態の密封層が形成されることもあるなど、密封構造は、特定の形態に限定されるものではない。

上記実施の形態は、本発明を説明するための一例であり、本発明はこれに限定されず、本発明による有機ＴＦＴは、隣接する有機ＴＦＴとの関係において、有機半導体層の少なくとも一部に有機半導体層の貫通部を備える範囲で多様な変形が可能である。すなわち、前記有機ＴＦＴは、有機電界発光ディスプレイ装置以外にも、液晶ディスプレイ装置にも適用可能であり、平板ディスプレイ装置以外にも、画像が具現されないドライバ回路にも装着できるなど、多様な変形例を考慮できる。

上記では、本発明の望ましい実施の形態を参照して説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができるということを理解できるであろう。

本発明は、有機薄膜トランジスタ及びそれを具備した平板ディスプレイ装置の関連技術分野に好適に用いられる。

本発明の一実施の形態による有機ＴＦＴの製造過程を示す部分断面図である。本発明の一実施の形態による有機ＴＦＴの製造過程を示す部分断面図である。本発明の一実施の形態による有機ＴＦＴの製造過程を示す部分断面図である。本発明の一実施の形態による有機ＴＦＴの製造過程を示す部分断面図である。本発明の一実施の形態による有機ＴＦＴの製造過程を示す部分断面図である。本発明の一実施の形態による有機ＴＦＴの製造過程を示す部分断面図である。本発明の一実施の形態における変形例による有機ＴＦＴの製造過程を示す部分断面図である。本発明の一実施の形態における変形例による有機薄膜トランジスタの製造過程を示す部分断面図である。本発明の他の実施の形態による有機電界発光ディスプレイ装置を示す部分断面図。

符号の説明

１１０，２１０基板、
１２０ａソース電極、
１２０ｂドレイン電極、
１３０有機半導体層、
１３１有機半導体層の貫通部、
１４０ａ第１絶縁層、
１４０ｂ第２絶縁層、
１４２ａ絶縁貫通部、
１５０ゲート電極、
２６０平坦化層、
２７０第１電極、
２８０画素定義層、
２９０有機電界発光部、
３００第２電極。

Claims

基板の表面上に形成されたソース／ドレイン電極と、
前記ソース／ドレイン電極の上部に配置されて、ソース／ドレイン領域及びチャンネル領域を備える有機半導体層と、
前記有機半導体層の上方に配置されるゲート電極と、
前記有機半導体層の表面上に配置される第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記ゲート電極との間に前記第１絶縁層を覆うように形成された第２絶縁層と、を備え、
前記有機半導体層のソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む活性領域の外郭部に沿って、前記有機半導体層及び前記第１絶縁層の少なくとも一部に貫通部が形成されており、当該貫通部に前記第２絶縁層が充填されていることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
前記貫通部は、前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む前記有機半導体層の外郭部に沿って閉曲線をなすことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記貫通部は、前記有機半導体層の前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域以外のあらゆる領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記第１絶縁層は、フォトレジストを含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記第１絶縁層は、ネガティブフォトレジストを含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記ネガティブフォトレジストは、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリフェノール系樹脂、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含むことを特徴とする請求項６に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記第２絶縁層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＢＳＴ、及びＰＺＴのうち一つ以上を含む無機絶縁層であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記第２絶縁層は、ＰＭＭＡ誘導体を含むアクリル系高分子、ＰＳ誘導体を含むポリスチレン系共重合体、ＰＶＮ誘導体を含むポリビニルアリーレン系高分子、ポリブタジエン系共重合体、ポリイソブチレン系共重合体、ＰＶＰ誘導体を含むフェノール系高分子、ノボラック系樹脂、イミド系高分子、アリールエーテル系高分子、イミド系高分子、フッ素に部分置換または完全置換されたフッ素系高分子、パリレン誘導体を含むｐ−キシリレン系高分子、ＰＶＡ誘導体を含むビニルアルコール系高分子、メチルシロキサン高分子、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む高分子系有機絶縁層であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記高分子系有機絶縁層は、非硬化高分子で構成されることを特徴とする請求項９に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記高分子系有機絶縁層は、硬化高分子で構成されることを特徴とする請求項９に記載の有機薄膜トランジスタ。
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、同じ材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
基板の表面上に形成される有機薄膜トランジスタ層と、
前記有機薄膜トランジスタ層と電気的に接続されている画素部と、を備える平板ディスプレイ装置において、
前記有機薄膜トランジスタ層は、
基板の表面上に形成されたソース／ドレイン電極と、
前記ソース／ドレイン電極の上部に配置され、ソース／ドレイン領域及びチャンネル領域を備える有機半導体層と、
前記有機半導体層の上方に配置されるゲート電極と、
前記有機半導体層の表面上に配置される第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記ゲート電極との間に前記第１絶縁層を覆うように形成された第２絶縁層と、を備え、
前記有機半導体層のソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む活性領域の外郭部に沿って、前記有機半導体層及び前記第１絶縁層の少なくとも一部に貫通部が形成されており、当該貫通部に前記第２絶縁層が充填されていることを特徴とする平板ディスプレイ装置。
前記貫通部は、前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む前記有機半導体層の外郭部に沿って閉曲線をなすことを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
前記貫通部は、前記有機半導体層の前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域以外のあらゆる領域を含むことを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
前記第１絶縁層は、フォトレジストを含むことを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
前記第１絶縁層は、ネガティブフォトレジストを含むことを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
前記ネガティブフォトレジストは、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリフェノール系樹脂、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含むことを特徴とする請求項１８に記載の平板ディスプレイ装置。
前記第２絶縁層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＢＳＴ、及びＰＺＴのうち一つ以上を含む無機絶縁層であることを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
前記第２絶縁層は、ＰＭＭＡ誘導体を含むアクリル系高分子、ＰＳ誘導体を含むポリスチレン系共重合体、ＰＶＮ誘導体を含むポリビニルアリーレン系高分子、ポリブタジエン系共重合体、ポリイソブチレン系共重合体、ＰＶＰ誘導体を含むフェノール系高分子、ノボラック系樹脂、イミド系高分子、アリールエーテル系高分子、イミド系高分子、フッ素に部分置換または完全置換されたフッ素系高分子、パリレン誘導体を含むｐ−キシリレン系高分子、ＰＶＡ誘導体を含むビニルアルコール系高分子、メチルシロキサン高分子、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含む高分子系有機絶縁層であることを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
前記高分子系有機絶縁層は、非硬化高分子で構成されることを特徴とする請求項２１に記載の平板ディスプレイ装置。
前記高分子系有機絶縁層は、硬化高分子で構成されることを特徴とする請求項２１に記載の平板ディスプレイ装置。
前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、同じ材料で構成されることを特徴とする請求項１３に記載の平板ディスプレイ装置。
基板の表面上にソース／ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース／ドレイン電極の表面上に有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層の表面上に第１絶縁層を形成する工程と、
前記有機半導体層のソース／ドレイン領域とチャンネル領域とを含む活性領域の外郭部に沿って、前記第１絶縁層の少なくとも一部に絶縁貫通部を形成するように、前記第１絶縁層をパターン化する工程と、
前記絶縁貫通部を通じて露出された前記有機半導体層の少なくとも一部を除去して、有機半導体層の貫通部を形成する工程と、
少なくとも前記第１絶縁層の上部に、前記第１絶縁層を覆いつつ前記貫通部に充填される第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記絶縁貫通部及び前記有機半導体層の貫通部は、閉曲線をなすことを特徴とする請求項２５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記絶縁貫通部及び前記有機半導体層の貫通部は、前記有機半導体層の前記ソース／ドレイン領域とチャンネル領域以外のあらゆる領域を含むことを特徴とする請求項２５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリフロレン−オリゴチオフェンの共重合体及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−複素環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びその誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びその誘導体、含金属または非含金属のフタロシアニン及びその誘導体、ピロメリト酸二無水物及びその誘導体、ピロメリト酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ならびにナフタレンテトラカルボン酸二無水物及びその誘導体のうち少なくともいずれか一つを含む材料で形成されることを特徴とする請求項２５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記第１絶縁層は、フォトレジストを含む材料で形成されることを特徴とする請求項２５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記第１絶縁層は、ネガティブフォトレジストを含む材料で形成されることを特徴とする請求項２５に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記ネガティブフォトレジストは、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリフェノール系樹脂、及びこれらの誘導体のうち一つ以上を含むことを特徴とする請求項３０に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。