DE2133881A1 - Integrierte Schaltung - Google Patents

Integrierte Schaltung

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber
■> MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22
- <983921/22>
SEMICONDUCTOR EIBCiERO]JIC MEMORIES, HiCORPORAiDED 3883 North 28th Avenue
Phoenix, Arizona, V.St.A,
Integrierte Schaltung
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung, die durch gesteuerte Diffusion von Verunreinigungen in eine dünne Schicht eines Halbleitermaterials hergestellt ist, das anfänglich mit Verunreinigungen vom N- oder vom P-Typ auf einen im wesentlichen gleichförmigen Widerstand eingestellt ist, und insbesondere eine integrierte Schal«· tung mit einem großen Widerstand, der parallel zu einer Diode in demselben isolierten Bereich eines Halbleiterplättchens wie ein Transistor liegt.
Bisher werden als integrierte Schaltungen aufgebaute bipolare Speicherzellen als im wesentlichen kreuzweise gekoppelte Transistoren ausgeführt, die jeweils einen getrennten Eollektor-Lastwiderstand haben. Ein Terfahren zur Herstellung dieser Kollektor-Lastwiderstände besteht darin, eine Verunreinigung des entgegengesetzten Typea in isolierte Bereiohe des Halbleiter-ßrundmaterials ein-
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zudiffundieren« Der Flächenwiderstand der diffundierten Flächen ist im wesentlichen gleich dem der Grundtiffusion, wobei dieser Wert in typischen Fällen zwischen 100 und Ohm/Flächeneinheit liegt« Bei 2OO Ohm/Flächeneinheit werden für solch einen Widerstand etwa 2o Flächeneinheiten der diffundierten Fläche benötigt, wobei eine Flächeneinheit durch herkömmliche Proteinessungeη an Tier Punkten bestimmt wird, eine Technik, die zum Ermitteln eines Mittelwertes in Ohm/KLächeneihheit eingesetzt wird· Me Bahnwiderstandewerte werden dann in 0hm pro Flächeneinheit angegeben«
Zusätzlich zu dem großen Platzbedarf werden bei Widerständen, die auf diese Weise in isolierten Bereichen her- W gestellt sind« Kontakte an jedem Snde und ein getrenntes Metallisierungsmuster benötigt, um die Widerstände mit anderen Elementen einer integrierten Schaltung zu verbinden·
Ea ist daher erwünscht, nicht nur die für den Widerstand benötigte Fläche erheblich zu reduzieren· sondern auch den Kollektor-Lastwiderstand in demselben isolierten Besieh mit den anderen Schaltungskomponenten unterzubringen» um getrennte Verbindungsleiter zu vermeiden, da die zum Verbinden der Komponenten verwendeten Leiter parasitäre Widerstände und Kapazitäten haben, die die Ansprechzeit der integrierten-Schaltung herabsetzen. Ferner wird durch Kombination der Komponenten einer integrierten Schaltung in solch einer Weise, daß isolierte Verbindungsstellen nicht benötigt werden, eine weitere Herabsetzung der Ansprechzeit durch die Kapazität der isolierenden Verbindungsstelle vermieden« Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch Herabsetzung der Zahl der Ohmsohen Kontakte die Zuverlässigkeit der Integrierten Schaltung verbessert wird«
Bei einer als integrierte Schaltung aufgebauten bipolaren Speicherzelle, die aus zwei kreuzweise gekoppelten Transi-
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stören in einer gewöhnlich Flip-Flop genannten Anordnung "bestehen, ist es erwünscht, eine getrennte Diode parallel zu jedem !testwiderstand und einen zwei ten Widerstand entweder in Reihe mit dem Kollektor-Lastwiderstand jedes Tran-B is tors oder in Reihe mit der Diode vorzusehen, die parallel zu dem Kollektorwideretand liegt, so daß sie mit dem ersten Widerstand als veränderliches Lastwiderstands-Element zusammenwirkt, um den Strom in dem Transistor, wenn dieser angesteuert ist (Auslesen), um wenigstens eine Größenordnung gegenüber einer Betriebsweise, bei der er nicht angesteuert ist (Ruhestellung), zu erhöhen, so daß auf diese Weise die Verlustleistung sehr klein gehalten wird. Wenn eine Speicherzelle in nur zwei oder vier isolierten Bereichen eines HaIbleiterplättohens hergestellt werden soll, muß die Diode und der Parallelwiderstand, die zu einem bestimmten transistor gehören, in den isolierten Bereich des Transistors einbezogen werden·
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neuartige integrierte Schaltung mit einem Transistor, zu dessen Kollektor eine Diode in Reihe geschaltet ist, und einem großen, parallel zu der Diode geschalteten Widerstand in einem einzigen isolierten Bereich einer Halbleiterschicht zu schaffen, und insbesondere eine bipolare, als integrierte Schaltung ausgeführte Speicherzelle mit zwei isolierten | Bereichen für die kreuzweise gekoppelten Transistoren zu schaffen, wobei jeder Transistor seinen Kollektor-Lastwiderstand in seinem eigenen isolierten Bereich zusammen mit einer Diode aufweist, die mit dem ersten Widerstand zusammenwirkt und ein variables Widerstands-l&stelement bildet, ohne die Fläche des isolierten Bereiches, der nur für den Traneistor und die Diode benötigt wird, erheblich zu vergrößern.
Bei der erfindungsgemäßen bipolaren Speicherzelle werden
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so diese· Zweck jeder der beiden kreuz-gekoppelten Transistören zussa«en «it ein·· großen Kollektor-Lastwiderstand in einer getrennten* τοπ zwei neheneinanderliegenden isolierten Bereichen hergestellt« Der Bahnwideretand in dem isolierten Bereich bildet den Eollektorbereioh des darin aufgebauten Iraneistors und kann als zweiter kleiner Widerstand zwischen eines 1+ Kollektor-Kontaktbereioh und einer Diode verwendet werden, die parallel zu einen großen, duroh Diffusion in den Kollektor-Bereich hergestellten Widerstand liegt, während wenigstens ein ftnitterbereich in eine* rorher hergestellten Besisbsreioh ausgebildet wird.
Der groß· Kollektor-iastwiderstand ist als hoher RLIohemwiderstand in Bereich der Diode verwirklicht, die durch Diffusion von verunreinigungen in den Kollektor-Bereioh hergestellt ist. Der hohe KLftohenwideratand wird duroh Yeraindern der Querschnitte fläche des Diodenbereioh.es, wo der Stro« von eine« Kontakt zu de« 1+ Kollektor-Kontaktbereioh fließt, duroh Diffusion τοη Terunreinigungen quer zu dea Stroaweg in de» Diodenbereioh erzielt, wobei diese Tereunreinigungen vob gleichen Typ wie die Verunreinigungen in de« Rollektorber·ich sind und die lindringtiefe der Diffusion kleiner als die Tief· der Diffusion des Diodenbereiches ist» Sin Ohwucher Kontakt wird an des ursprüngliohen Diodenbereioh auf jeder Seite des diffundierten Bereiches «it zu de« Kollektor entgegengesetzte« Leitfähigkeitetyp hergestellt· Duroh Ausdehnen dieses diffundierten Bereiches über den Diodenbereioh hinaus und in de« Kollektorbereioh, stellt ein Kontakt zwischen de« Bnde des Widerstandes, der auf diese Weise gebildet wird, und diese« diffundierten Bereich auoh einen Kontakt «it de« Kollektorbereioh her, u« das τοη de« Diodenkontakt entferntliegende lnde des Widerstandes alt de« X«itterkontakt zu verbinden, so daß auf diese Weise die Hotwendigkeit fur einen weiteren Kontakt außer den Kontakten für die Basis und den Slitter dee Transistors uvgangen wird. Duroh Terbinden der laitterkontakte der Transistoren in nebenein-
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anderliegenden isolierten Beziehen mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand und duroh eine Überkreuzverbindung der Basis- und Kollektorkontakte derselben duroh ein geeignetes Metallisierungsrauster wird eine bipolare, als integrierte Schaltung ausgeführte Speicherzelle hergestellt· Der kleine Widerstand wird in dem Grundmaterial des Siliziumplatt chens entweder zwischen dem Kathodenbereich der Diode und dem Kollektorbereich oder in einem getrennten isolierten Bereich verwirklicht. Wenn der äfne Widerstand in Reihe sowoM mit der Diode als auch mit dem großen Widerstand liegt, kann der Bahnwiderstand des Materials dadurch erhöht werden, daß Verunreinigungen von demselben Typ wie die Verunreinigungen in dem Diodenbereioh quer zu dem Stromweg in dem Kollektorbereich und in eine solche Tiefe eindiffundiert werden, die kleiner ist als die Tiefe der Diffusion für eine Isolation· Alternativ kann auch die Diode direkt mit dem Kollektor des Transistors verbunden werden, wobei der kleine Widerstand in einem getrennten isolierten Beaäoh mit der Diode duroh Aufdampfen eines Leiters über den isolierenden Rahmen verbunden werden·
Die erfindungsgemäße bipolare, als integrierte Schaltung ausgeführte Speicherzelle weist zwei über Kreuz gekoppelte Transistoren mit jeweils einer eigenen Kollektorlaat auf, die in vorteilhafter Welse einen außerordentlich geringen parasitären Widerstand und eine geringe parasitäre Kapazität aufweisen« ferner wird bei der erfindungsgeaäßen Speicherzelle die Zuverlässigkeit auf Grund der geringeren Zahl notwendiger Kontakte verbessert.
Ausführung·beispitle der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Ss zeigen:
Pig· 1 eine Schaltung einer bipolaren Speicherzelle der erfindungigemäßen Art;
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Fig. 2 eine Draufsicht auf di« Schaltung nach Fig. 1,
die erfindungagemäS in einem Haibleiterplättclien in herkömmlicher integrierter Schaltbauweise.hjpr-. ,.
gestellt ist; .;, ^- .;
Pig. 3 einen etwas idealisierten Sohnitt mit gleichem Maßstab entlang der Linie 3-3 von Pig· 2, wobei das Bauelement vor der Metallisierung der Kontakte und Leiter dargestellt ist;
Pig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung der Schaltung
Ton Fig. 1 in einem Halbleiterplättchen nach einer früheren Ausführung form;
Fig. 5 einen im gleichen Maßstab dargestellten Schnitt eines zweiten Ausftihrungsbeispiels der Eri. ndung, der etwas idealisiert vor der Metallisation der Kontakte und der Leiter dargestellt ist;
Fig. 6 ein Schalt bild der in Fig. 5 gezeigten Ausführungen form;
Fig· 7 einen Sohnitt in gleichen Maßstab durch ein drittes Aueführungsbeiapiel der Erfindung, das etwas idealisiert vor der Metallisation der Eontakte und der Leiter dargestellt ist;
Fig. 8 ein Sohalt bild des in Fig· 7 gezeigten Ausführungsbeiepieles.
Eine bipolare Speicherzelle der Art, wie sie als integrierte Schaltung erfindungsgemäS hergestellt ist, wird zunächst mmhand ron Fig. 1 beschrieben. Sie besteht aus zwei über Kreuz gekoppelten transistoren |^ und Q2, wobei jeder Transistor eine einheitliche Kollektorlast und zwei Emitter
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aufweist. Bi* ait de« Transistor Q1 verbundene Xollektorlast bestellt «as eine« Paralleleeheltkreie. der einen ersten großen Widerstand R* und einen zweiten kleineren Wideretand B2 in Reih· «it einer Diode D1 aufweist· !Entsprechend besteht die Xollektorlaet des Traneietor» Q2 aus eine« großen Widerstand B, (gleich dt« Widerstand E1) und eine« «weiten kleineren Widerstand B, (gleich de« Widerstand B2), der in Reihe «it einer Diode S2 liegt«
Die entsprechenden Lastkreise der Transistoren Q1 und Q2 können «it einer variablen Spennungequelle 10 sur Torspannung des Kollektors verbunden sein. Sin laitter jedes Treat -store kann über einen geaeinsaaen Widerstand B^ geerdet sein« Wenn die untereinander verbundenen Schaltungeeleeentev die in den gestrichelten Blöcken 11a und 11b geneigt sind, «it de« Kollektor durch eine Spenraang«quelle 10 «nd einen geaeinsaaen !«itterwideretand Ες verbunden sind, wirkt der resultierende Stroakreis als bipolare Speioherselle «it Tier Betriebsweisen* 1) licht angesteuerte Se triebsweise· 2) halbangesteuerte Betriebsweise, 3) Toll enge β teuer te Betriebsweise vtwi 4) Betriebsweise "Schreiben"«
In der nicht angesteuerten Betriebsweiee liefert die Spannungequelle ic für die Vorspannung dee Kjtllektors 1,2 τ an die Kbllekterwlderetande R1 und B·· was ausreicht. υ« die Zelle in eine« stabilen Znetand aj&alten. wobei beispielsweise der Transistor Q1 an; und der Transistor Q2 aus.ist. Sie Widerstandwerte sind eo gewühlt, das der Basisstro« des Transistors Q1 durch den großen Widerstand R5 genügend groß ist, «■ den Transistors Q1 leitfähig bu halten» und das der !«itterstro« des Transistors Q1 durch den Widerstand E5 genügend groB ist, u« den Trane ie tr or Q2 in einer solchen Torspanneng su kalten, defl er ausgeschaltet ist. Siese nicht angesteuerte Betriebsweise kann auoh eleÄuheetelluttg beseiohnet werden«
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Um eine in der Zelle gespeicherte binäre Ziffer auszulesen, wird die den Kollektor vorspannende Spannung der Spannungsquelle 10 von + 1,2 Y auf + 2,7 Y erhöht. Zu diesem areck 1st ein einpoliger, zwei Schaltstellungen aufweisender Sehalter 12 dargestellt«, In der Praxis würde dies durch die Steuerung von Transistorschaltern verwirklicht werden, die als Seil einer integrierten Sohaltung auf demselben Plättohen wie dje Komponenten in den Blocks 11a und 11"b vorgesehen sind.
Bis die Kollektorvorspannung auf + 2,7 V erhöht ist, sind die Dioden D- und D2 nicht genügend in Yorwärtsriehtung vorgespannt, um leiten zu können. Wenn die Köllektorvorspannung angehoben ist, sind die Dioden D- und Dg genügend in YorwMrtsriehtung vorgespannt, um mehr. Strom durch den Widerstand R,- zum Erdansehluß der Sohaltung zu liefern. Der erhöhte Strom durch die Diode D2 erhöht den Basisstrom in dem Transtistor Q-, Dieser erhöhte Basisstrom bewirkt, daß der Kollektorstrom des Transistors Q- ansteigt, und dieser Anstieg im Kollektorstrom wird durch den kleineren Kollektorwideretand der Widerstände E^ und E2 geleitet, die nun parallel liegen.
Ein Leee-Sohreib-Netzwerk 13 ist mit dem zweiten Emitter jedes der Transistoren Q* und Q2 verbunden. Das Netswerk kann aus zwei Transistorkanälen bestehen, die in die Ausstellung vorgespannt sind, bis ein Lese-Schreib-Steuersignal an einen Anschluß 14 angelegt wird. Demgemäß bleiben btld« Ansgangsanschlüsse 15 und 16 des Hetzwerkte 13 auf Hull YoIt, bis das üese-Sohreib-Steuersignal an dta Anschluß 14 angelegt wird, um die voll angesteuerte Betriebsweise der Zelle einzustellen.
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Bei der voll angesteuerten Betriebsweise .... führt der zweite Emitter des eingea©halteten Transistors Strom und erzeugt ein positives Ausgangssignal? an eines der Anschlüsse 15 und 16. Wenn beispielsweise Q.. an ist, wird das positive Ausgangssignal an dem Anschluß 16 erzeugt. Ein Operationsverstärker mit Bifferential-Eingangsanschlüssen, kann an die Ausgangsanschlüsse 15 und 16 des Netzwerkes 13 angeschlossen werden, und gibt ein binäres Signal an einem Ausgang ab, während der Lese-Sehreib-Steuerimpuls ansteht. Alternativ kann ein D-E1Iip-FLop an die Ausgangsanschlüsse 15 und 16 angeschaltet werden, so daß beim Auftreten eines !Daktimpulses das D-Typ Flip-Flop gemäß der gerade gelesenen binären Infonaation eingestellt wird.
TJm eine Binärziffer in der bipolaren Speicherzelle zu speichern, werden die Spannungsquelle 10 für die Kollektorvorspannung und das Lese-Sohreib-Hetzwerk 13 in einen solohen Zustand wie bei der voll angesteuerten Betriebsweise für einen Lesevorgang gesetzt. Gleichzeitig wird ein positiver Impuls an den Eingangs ans chluß W angelegt, um den Lesedmht, der mit den zweiten Emitter des !Trans ie tore Q^ verbunden ist, auf ein positives Potential zu bringen. Dadurch wird der Kollektor des Transistors Q1 auf ein positives Potential gebracht und, wenn der Kollektor etwa + 1,2 T erreicht» ist die Sasis-EBitter-Verbindung dee Transistors Q2 in Torwärtsriohtung vorgespannt, während der Emitter de* Irensistors Q2 in der Näht des Erdpotentials der Sohaltung indirekt über den Eingangsansohluß V gehalten wird· An diesem Zeitpunkt wird der Iransistore Q2 voll eingesehaltet, so daß die Vorspannung in Vorwärter iahtung en der Basis des Traneistore Q abfällt, um ihn auszuschalten· Der Siagange-Anschluß ¥ des Netzwerkes 13 nimmt während eines Sinsehreibvorganges einen positiven Impuls auf, während der Bimga&gsansohluß W nahe bei Erde gehalten wird, wobei der Transistor Qg ausgesohaltet ist, wenn er vorher eingeschaltet war,
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und der Transistor Q1. eingeschaltet wird. ;
Venn die Blöde B^ und B2 in Reihe sit den jeweiligen Widerständen Rg und E. in der Speicherzelle in Reihe geschaltet werden, hat dies den Torteil, daß bei der nicht angesteuerten Betriebsweise* (Ruhestellung) ein minimaler Strom durch die großen Widerstände R* und R~ geleitet wird· Der Kollektorstrorn wird dann nun erhöht, während eine Binärziffer eingespeichert oder ausgelesen wird. Bas höhere Kollektorstromniveau ergibt sich aus der Vorspannung der Blöden B- und Bg in Yorwärtsriohtung, wenn die Spannungsquelle 12 für die Kollektorvorspannung von +1,2 7 auf + 2,7 Y umgeschaltet wird, wie im Zusammenhang mit der halbangesteuerten Betriebsweise oben beschrieben ist. Es ist jedoch zu beachten, daS weder die Schaltung der bipolaren Speicherzellen, noch die Arts in der sie verwendet wird, Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist« Bie Erfindung betrifft vielmehr das Ausbilden der transistoren Q1 und Q2 in zwei nebeneinanderliegenden isolierten Bereichen eines Plättchens alt ©iner integrierten Schaltung, wobei die großen Kollektorlastwiderstände der Transistoren mit den Transistoren und den Dioden In den beiden isolierten Bereichen liegen. Hit anderen Worten sollen erfindungsgemäß die in Fig· 1 in den ^strichelten Blöcken 11a und 11b miteinander verbundenen Element« auf einen Plättchen als Integrierte Schaltung untergebracht werden, wobei nur zwei isolierte Bereich« des Plättehens benötigt werden, wie im Zus&BBenhang mit dem er» sten Auefulinmgsbeispiel der Erfindung (Fig« 2 und 3} be«· solpfelim wird. Ein zweites AuafUhrungebelspiel wird unter Bezug auf die figuren 5 und 6 beschrieben, in einem dritten A«9fu2w*ungsbei»pielf das mit Bezug auf die Figuren 7 und θ b«SQhrieben wird, «ind die kleinen Widerstand* in getrennt isolierten Bereichen ausgebildet, aber da dl·»· Wläerst&räe klein sind, sind die für sie benötigten getrennten Bereiche ebenfalle klein. Be wird aus·»
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drücklich darauf hingewiesen, daß in dem dritten Ausführungsbeispiel die großen Widerstände und die Dioden in den isolierten Bereichen der Transistoren ausgebildet sind. Die Fläche, die sonst benötigt würde, ist in Fig. 4 gezeigt,
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiterplättchens, in dem die Schaltung von Fig. 1 verwirklieht ist. Die Master für Verbindungen zwischen den Komponenten in den beiden isolierten Bereichen 21 und 22 werden durch herkömmliche Auf dampf- und Fotcrätzteohniken hergestellt. Die Verbindungen 23 und 24 entsprechen den Lesedrähten, j
die an die zweiten Emitter der Transistoren Q1 und Q2 angeschlossen sind. Eine Verbindung 25 verbindet den ersten Emitter des Transistors Q. mit dem Emitter des Transistors Q2 und mit dem Widerstand R5 in der Schaltung ven Fig. 1, ist aber nicht in Fig. 2 enthalten. Eine Verbindung 26 entspricht der Leitung von dem Kollektor des Transistors Q. zu der Basis des Transistors Q2 in der Schaltung von Flg. 1. Auf ähnliche Weise entspricht eine Verbindung 27 der Leitung von dem Kollektor des Transistors Q2 zu der Basis des Transistors Q^, Die beiden restlichen Verbindungen 28 und 29 entsprechen den Leitungen der Anoden der Dioden Ih tmd D2 zu der variablen Spannungsquelle 10 für die Vorspannung des Kollektors, die in Fig. 1 gezeigt, aber In Flg· 2nioht \ enthalten ist. TJm das Verständnis der Fig. 2 zu erleichtern, werden die Bezugsziffern der metallisierten Verbindungen la Fig. 1 für die entsprechenden schematisch dargestellten Verbindungsleitungen verwendet.
Es ist zu beachten, daß die Komponenten In beiden isolierten Bereichen 21 und 22 gleichzeitig hergestellt werden, obwohl Im folgenden nur auf die Herstellung der Komponenten in dem Bereich 21 Bezug genommen wird. Die Anode der Diode D1- wird in dem Isolierten IT-Typ Halbleiterberelph 21
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ausgebildet, während die Basis des Transistors Q^ durch Diffusion vom P-Typ Verunreinigungen gebildet wird. Der Widerstand R-, der zwischen der Anode der Diode D- und dem Kollektor des Transistors Q. angeschaltet ist, besteht aus dem Grundmaterial in dem Anodenbereich zwischen dem Anodenkontakt der Diode und dem* Kollektorkontakt des Transistors· Da der Widerstand IL sehr groß sein muß, wird der Fläohenwiderstand des Grundmaterials durch Vermindern dessen Dicke wesentlich erhöht. Wie noch bei Pig, 3 beschrieben wird, wird dies durch Diffusion eines N+ Bereiches über dem Anodenbereich erreicht. Der Widerstand R2* der zwischen der Kathode der Diode D^ und dem Kollektor des Transistors Q1 angeschaltet ist, besteht aus dem Widerstand des Grundmaterials des isolierten Bereiches 21 zwischen der PSJ-Grenzschicht der Diode D- und dem Kollektorkontakt.
Die Art, nach der die Diode D- und die Widerstände E- und E2 in dem isolierten Bereich des Transistors Q^ gebildet werden, wird nun anhand von Pig. 3 beschrieben, die einen idealisierten Querschnitt von Fig. 2 entlang der Linie 3-3 darstellt, wobei die metallisierten Verbindungen 23 bis 29 weggelassen sind.
Zur Herstellung der Anordnung τοη Fig. 3 wird von einem P-Iyp Substrat. 30 mit einer H-Typ Siliaium-Schioht 21 ausgegangen. Dieses Ausgangsmaterial ist im Handel als Plättchen erhältlich, wird jedoch vorzugsweise dadurch hergestellt, daß auf ein Plättchen aus P-Typ Silizium eine epitaziale Schicht aus N-Typ Silizium mit einer Dicke von etwa 6 u aufgezogen wird. Diese Schürt wird schließlich der Kollektorbereioh des Transistors Q- und die Kathode der Diode D-.
-Bevor die epitaziale Schicht 31 gezogen wird, werden die stark dotierten (N+) Beriche 32 und 33 in dtm Substrat
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dadurch hergestellt, daß wahlweise η-Typ Verunreinigungen, beispielsweise Arsen, eindiffundiert werden, die während der darauffolgenden Herstellungsschritte lokalisiert bleiben. Dadurch werden üblicherweise Voe(s^j\» BVÖB0 und die Kollektorzeitkonstante des Transistors verbessert. Der start dotierte Η-Typ Bereich soll den effektiven Fläehenwiderstand in dem Kollektor vermindern, ohne die Kollektorspan·* nungs- und Kapazitäts-Kennlinien des Transistors herabzusetzen· Der Abstand in dem Substrat zwischen den stark dotierten Bereichen 32 und 33 wird mit P-Typ Jerunreinigungen dotiert belassen, um den gewünschten Bahnwiderstand in dem grundmaterial der N-Typ Schicht für den Widerstand E2 zu schaffen.
Wenn die Schicht 31 epitaxial gewachsen ist, aber bevor der Transistor und die Diode durch Diffusion gebildet werden, wird der Bereioh 21 durch Diffusion von P-Typ Materiel, beispielsweise Bor, isoliert, um einen Räimen 34 zu erzeugen, der sich durch die Schicht 31 auf dem Substrat 30 erstreckt. Die Isolation wird erreicht, weil eine doppelte PN-Grenzsohicht um den Bereich 21 herum durch den Rahmen 34 gebildet wird, so daß unabhängig von der SLarität des Potentials zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Bereichen jeweils eine in Rückwärtsrichtung vorgespannte PH-Grenzschicht dazwischenliegt. Das fotolithographische verfahren für diesen Diffusionsschritt zur isolierung und alle anderen Diffusionsschritte sind zur Erstellung oberfläehenpaesiver integrierter Schaltungen bekannt.
Der nächst· Schritt besteht in der Diffusion von P-Typ verunreinigungen in die Bereiche 35 und 36, um die Basis des Traneietore Q1 bzw. die Anode der Diode D^ zu bilden. Danaeh werden I-Iyp Verunreinigungen in den Basisbereich 35 und dt η Anodenbert loh 36 eindif fundiert, un K+ Imitterbereiohe 37 und 38 in dem Baeisbereioh 35 und tin·η H+ Bereioh
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■-- H-
39 zu "bilden, der sich über den Anodenbereich 36 in einen Abschnitt desselben nahe bei dem Basisbereioh 35 und ferner in eins Fläche 40 des Kollektorbereiohes zwischen den P-Typ Bereichen 35 und 36 erstreckt, um einen H+ Bereich für einen Ohmsohan Kollektorkontakt zu schaffen. Danach werden Ohmsche Kontakte 41 und 46 aufgedampft.
Die Kontakte 41 und 42 sind für die zwei Emitter und der Kontakt 43 ist für die Basis des Transistors Q- vorgesehen. Der Kontakt 44 ist für den Kollektor des Transistors Q^ vorgesehen, während der Koniäct 46 den Anodenbereioh 36 entlang der von dem Anodenkontakt 45 entfernt liegenden Seite desselben mit dem Kollektorkontakt übe^feine aufgedampfte Metallschicht 47 verbindet, um das eine Inde des Widerstandes R1, der von dem üäohenwiderstand des Grundmaterials in dem Anodenbereich 36 unter dem H+ Bereich 39 gebildet wird, mit dem Kollektorkontakt 44 zu verbinden. Der Widerstand E« mit einem in gestrichelten Linien ausgeführten Symbol und die Bezugszahl R1 an einem Abschnitt des Bereiches 36 dargestellt 9 dar den Widerstand bildet.
Dadurch, dag der F+ Bereich über den Anodenbereich 36 hinaus erstreckt wird und als Ohmscher Kontakt eine Metallschicht 47 wie beschrieben vorgesehen wird, wird ein Kontakt sowohl mit den Kollektor des Transistors als auch mit dem Ende des Widerstandes E- hergestellt· Der H+ Kanal verläuft um den Kontakt 46 in dem Bereich 40 und um den Kontakt 47· In praktischen Ausführungsbeispielen liegt der Bereich 40 sehr nahe bei dem Anodenbereich 36 und ein Leiter wird für die Kontakte 44 und 46 und die Verbindung 47 gleich·· zeltig mit allen anderen Kontakten und den Verbindungen bia29 (Fig. 2) aufgedampft·
Der Widerstand R^. und die Diode D^ können in dem gleichen isolierten Bereich 21 ausgebildet werden, wenn Einschränken der Geoaetrie der Diode D^ und des Widerstandes R^
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oder durch Steuerung der Diffusionsprozesse oder durch Einschränkung der Geometrie und gleichzeitige Steuerung der Diffusionsprozesse erreicht werden·
Die Struktur der Diode D-, des Widerstandes IL und des Transistors Q1 ist ähnlich in Aufhau wie der einer duroh ein zeitliches Gatter gesteuerten Tiersohicht-Diode oder eines Silizium-gesteuerten Gleichrichters. Der Aufbau, die Herstellungsart und die Beschränkungen der Schaltung sind jedoch so getroffen, daß diese Anordnung in keinen Pail wie ein siliziumgesteuerter Gleichrichter arbeitet.
In jeder vorgegebenen Schaltung wirfctdie Anordnung nicht als siliziumgesteuerter Gleichrichter, wenn nur die Summe der Alphawerte der Kollektor-Basisgrenzschicht und der Kathoden-Anoden-Grenzsohioht kleiner als ί ist. Die Alphawerte beider Grenzschichten sind eine Funktion der Lebensdauer der Minoritästräger. Sine übliche Art zur Steuerung der Lebensdauer besteht darin, eine steuerbare Hange Gold in die Anordnung einzudiffundieren.
Die Alphawerte sind ferner Funktionen des Abstandes zwischen den Grenze chiohten. Wenn daher die Anordnung so getroffen wird, daß der Abstand im Verhältnis zu der Lebensdauer richtig gewählt ist, kann die Summe der Alphawerte auf kleiner als 1 steuerbar eingestellt werden. Bs können jedoch auch andere Maßnahmen getroffen werden, u« die Summe der Alphawerte kleiner als 1 zu halten.
Die Diode D* besteht aus der ER-Grenzschicht zwischen dem Anodenbereioh 36 und dem isolierten Bereich 21 in nur dim Bereich, der im wesentlichen von dem Anodenkontakt 45 überdeckt wird. Daher kann angenommen werden, daß die Kathode der Diode der Teil des isolierten Bereiches unter dem Kontakt 45 ist f Der Widerstand R2 ist dann der Bahnwideretand des
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isolierten Bereiches von der Kathode der Diode D^bis zu den Kollektorkontakt 44· Der Abschnitt des isolierten Bereiches 21, der den Widerstand B bildet, ist durch das in gestrichelten Linien dargestellte Symbol für einen Widerstand und die Bezugszahl 3L· gekennzeichnet.
Die stark dotierten N+-Bereiche32 und 33 vermindern den effektiven Flächenwiderstand in der Kathode der Diode, und zwar, weil der Stromweg in der Kathode und dem Kollektor der Diode und dem !Transistor quer oder parallel zu der Fläche der integrierten Schaltung verläuft« Daher sind die stark dotierten N+ Bereiche 32 und 33 bei dem in Fig· 3 gezeigfcn Ausführungebeispiel der Erfindung nur unter den Kathoden- und Kollektorbereichen der Diode bzw, dem Transistor vorgesehen und nicht unterhalb dem Teil des isolierten Bereiches 21, der für den Widerstand R2 ausgenutzt wird. Bei praktischen Ausführungsformen kann der Wert des .Widerstandes E2 dadurch eingestellt werden, daß der Abstand zwischen den stark dotierten N+ Bemlchen 32 und 33 eingestellt wird.
Wenn die innenseitig miteinander.verbundenen Komponenten der Schaltung von Fig. 1 hergestellt sind, wie anhand von Fig. 3 beschrieben wurde, und wenn die metallisierten Kontakte 41 bis 46 und die Verbindungen 23 bis 29 hergestellt sind, ist die Schaltung in dem durch eine gestriohelte Linie dargestellten Block 11b von Fig, 1 fertiggestellt. Wie bei anderen Verfahrenesohritten wird die herkömmliche fotolithographische Technik verwendet, um die metallisierten Kontakte und die Verbindungen herzustellen.
Anhand von Fig. 4 wird die frühere Technik zur Herstellung getrennter isolierter Bereiche für die Sohaltungsbauteil· beschrieben, um die hauptsächlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung zu unterstreichen· Eine typische Anordnung aus drti isolierten Bereichen 51» 52 und 53 waren bisher
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notwendig, um den Transistor, die Diode und die Widerstände zu bilden. Die Transistoren Q1 und die Diode D1 warden in entsprechenden isolierten Bereichen 51 und 52 in üblicher Weise hergestellt. Die Widerstände R1 und B2 wurden durch Diffusion einer entgegengesetzten (P-Typ) Verunreinigung in die gezeigten lokalisierten BeiaLohe gebildet, während die Basis- und Anodenbereiche des Transistors und der Diode hergestellt wurden. Da der Widerstand R1 der groß ist und die lokalisierten Diffusionsbereiche einen relativ geringen Widerstand pro Flächeneinheit haben, war eine große Gesamtfläche notwendig. Beispielsweise wurden etwa 200 Flächeneinheiten bei 100 Ohm/Flächeneinheit und einem gewünschten Widerstand von 20 kOhm für den Widerstand R1 benötigt.
Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer erheblichen Verkleinerung der für die großen Widerstände R1 und B, in der Schaltung von Fig. 1 benötigten Fläche, so daß mehr Speicherzellen auf einem vorgegebenen Siliziumplättchen untergebracht werden können· Sin weiterer Vorteil liegt in der Herabsetzung des parasitären Widerstandes und der parasitären Kapazität, da die Notwendigkeit, Verbindungen zu den Widerständen zu metallisieren, umgangen wird« Dadurch wird die Schaltgesohwindigkeit der Speicherzellen erhöht. Bei der vorliegenden Erfindung wird auch die Notwendigkeit für isolierende SH-Grenzsohiohten zwischen der Diode und dem Transistor umgangen, die eine Kapazität aufweisen würden, die die Sohaltzelt beeinträchtigen. Bin weiterer Vorteil liegt in der verbesserten Zuverlässigkeit, da die Zahl der benötigten metallisierten Kontakte reduziert wird, weil innenseitige Verbindungen für die Diode und die Widerstände verwendet werden. Kontakte zwischen zwei verschiedenen Materialien, beispielsweise Aluminium und Silizium, bringen die Gefahr der Legierungsbildung mit sich« wodurch die PN-Grenz-
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schichten der Schaltung verschlechtert werden. Schließlich besteht auf Grund der geringen Adhäsion zwischen den Materialien die Gefahr von offenen Stellen in der Schaltung. Auch kann die hohe Stromdichte an dem Umfang eines Eontaktes eine durch Strom induzierte Wanderung des Leiters bewirken und den Leiter erodieren« Schließlich werden einige Legierungen brüohig und die Kontakte können sich öffnen, wenn die Schaltung thermischen Belastungen ausgesetzt wird· Daher ist es wichtig, die Zahl der benötigten Kontakte auf einem Minimum zu halten.
Anhand der Pig. 5 und 6 ist ein zweites Ausführungebeispiel beschrieben. Der Schnitt von Pig· 5 ist dem Schnitt von Pig. ähnlichj daher sind gleiche Elemente durch dieselben Bezugszahlen wie in Fig. 3 bezeichnet. In der elektrischen Anordnung bestehe der Unterschied darin, daß der Heine Widerstand zwischen dem transistor Q und einer Parallelanordnung der Diode Dj und des großen Widerstandes R^ angeschaltet ist, wie in dem Schaltbild von Pig. 6 dargestellt ist.
Der kleine Wideretand E2 ist als Bahnwiderstand des isolierten Kollektorbereiches zwischen dem H"+ Kollektor-Kontaktbereich und der näehstliegenden Seite des Anodenbereiohes 36 verwirklicht. Die Parallelanordnung der Diode D1 und des großen Widerstandes H^ ist in ähnlicher Weise wie beim ersten Auaführtmgsbeispiel, jedoch mit einer geringfügig verschiedenen und umgekehrten Geometrie vorgesehen· Ein H+ Bereich 39» ist über den Stromveg in dem P-Bereioh 36 und in den Kollektorbereich 21 eiadiffundiert. Der Anode nko nt akt 45 wird dann auf dem P-Bereioh zwischen den Ή+ Bereichen 39· und 40 aufgedampft· Die gegenüberliegende Seite dee H+ bezeichneten Bereiohes 39* ist dann alt de« P-Bereioh 36 duroh einen Ghneohen Kontakt 46« verbunden, der sowohl den P-Be reich 36 als au oh den N+ BeaLch 39*
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überlappt, so daß er das linke Ende des großen Widerstandes 39* mit dem linken Ende des Widerstandes R2 verbindet, wobei das rechte Ende des Widerstandes R. mit dem Eontakt 45 verbunden ist.
Wenn die Diodengrenzs'ohioht in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, fließt der Strom direkt von dem Anodenkontakt 45 zu dem linken Ende des Widerstandes R2 über die PU-Grenzsohicht. Andernfalls fließt der Strom du roh den großen Widerstand R1 zu dem Kontakt 46* in dem N+ Bereich 39 · und von dort zu dem lenken Ende des Widerstandes
Das in Fig. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht dem
in Pig. 3 gezeigten mit der Ausnahme, daß ein stark dotierter U+ Bereich 69 unter dem Kollektorbereioh 21 von links von dem P-Bereioh 36 zu einer Stelle rechts von dem P-Bereioh 35 vorgesehen ist, um den Bahnwiderstand zu reduzieren, wo der Widerstand R2 in dem Ausführungebeispiel von-Pig. 3 vorgesehen ist. Der Widerstand R2 wird dann in einem getrennten isolierten Bereich 70 durch Diffusion von P-Iyp Verunreinigungen in einen Bereich 71 hergestellt. Eontakte 72 und 73 werden in üblicher Weise mit einer metallisierten Verbindung von dem Kontakt 72 zu dem Anodenkontakt 45 aufgedampft. Die Kontakte und die Verbindungen werden alle gleichzeitig aufgedampft. Der Unterschied zwischen den Kontakten \ und den Verbindungsleitungen besteht darin, daß die Kontakte durch Aufdampfen von Metall duroh in eine Oxidschicht eingeätzte !Fenster gebildet werden, während die Verbindtrags leitung duroh Aufdampfen von He tall über die Oxidschicht in bekamter Welse gebildet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der H+ Bereich 39" den Kollektorbereioh 21 an den Seiten wie dargestellt überlappen, da der Kollektorbereioh nicht dazu verwendet wird, den kleinen Widerstand R2 zu bilden. Dadurch ergibt
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sich, die Schaltung gemäß Fig· 8.
Die gezeigten AusführungsBeispiele können auch abgewandelt werden, beispielsweise kann eine integrierte Schaltung mit einem PJiP-Srans is tor anstelle eines NPH-Iransistors aufgebaut werden, wobei die PET-Grenzschicht-Diode umgedreht wird· Eine andere Abwandlung kann darin bestehen, die Größe des Widerstandes R, dadurch zu erhöhen, daß der Kollektorbereich, auf dem dieser Widerstand beruht, zu dem Kanalhereich eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors in ähnlicher Weise gemacht werden, wie der Widerstand vergrößert wurde«
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    G!integrierte Schaltung, die durch gesteuerte Diffusion von Verunreinigungen in eine dünne Schicht eines Halbleitermaterial hergestellt ist, das anfänglich mit Verunreinigungen vom N- oder P-Iyρ auf einen im wesentlichen gleichförmigen Widerstand eingestellt ist, gekennzeichnet durch einen isolierten Bereich auf der Sohioht, der einen Kollektorbereioh eines Transistors (Q) bildet, wobei in einen ersten Abschnitt des isolierten Bereiches Verunreinigungen von dem jeweils anderen H- und P-Syρ auf eine vorbestimmte Tiefe zum Erzeugen e ines Basisbereiohes für einen Transistor eindiffundiert sind, und wenigstens in einen Teil des Basisbereiohes Verunreinigungen des gleichen Types wie der Kollektorbereioh in erheblichem Maße eindiffundiert sind, um einen Emitterbereich für einen Transistor zu bilden, und wobei ein zweiter Abschnitt des isolierten Bereiches unter einem vorbestimmten Abstand von dem Basisbereich liegt und mit Verunreinigungen desselben Types wie der Basisbereich durch Diffusion dotiert ist, um einen außenseitigen Anschlußbereich für eine PH-Grenzsohicht-Diode zu bilden, so daß eine Diode entsteht, deren innenseitiger Anschlußbereich mit dem Kollektorbereich des Transistors verbunden ist;
    einen ersten Ohnschen Kontakt an dem Kollektorbereich zwischen dee Ba*iabereich, und dem zweiten Abschnitt, um einen Kollektoransohluß zu bilden;
    einen eich in Querrichtung über den agßenseitlgen AnsohluSbereioh der Diode in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu einer Linie von der Bütte des außenseitigen
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    Ansehlußbereiehes und dem Basisbereioh verlaufenden Abschnitt, wobei ein erster und ein zw*4ter Oberfiäohenbereioh des außenseitigen Ansohlußbereiches, die nicht von den in Querrichtung verlaufenden Abschnitt überdeckt werden, je eine auf jeder Seite des in Querrichtung verlaufenden Abschnittes senkrecht zu der Linie angeordnet sind, und w»obei der in Querrichtung verlaufende Abschnitt durch Diffusion bis au einer vorbestimmten Tiefe mit Verunreinigungen derselben Art wie der Emitterbereich hochdotiert ist, um einen Stromweg mit einem vorbestimmten hohen Widerstand duroh den Außenseitigen Anschlußbereich der Diode von dem ersten Oberflächenbereich zu dem zweiten Oberflächenbereich zu bilden;
    einen zweiten Ohmaohen Kontakt an dem Iraitte&ereioh, einen dritten Ohmsohen Eontakt an dem Basisbereich und einen vierten und einen fünften Ohmsehen Kontakt an dem außenseitigen Anschlußbereich der Diode auf dem ersten bzw· dem zweiten Obafläehenbereiehj
    und einen elektrisch kontinuierlichen Stromweg mit geringer Impedanz von dem fünften Ohmschen Kontakt zu dem ersten Ohmsohen Kontakt, so daß eine Diode zwischen dem ersten Ohmsohen Kontakt und dem vierten Ohmsohen Kontakt, ein großer Widerstand parallel zu der Diode, dtr eine hohe Impedanz zwisohen dem ersten unddem vierten Ofrnaohen Kontakt bildet, wenn die Diode in Rüokwärtsriohtung vorgespannt ist, und eine geringe Impedanz zwischen dem ersten und dem vierten Ohmsohen Kontakt gebildet wird, wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist·
    2« Integrierte Schaltung nach Anepruoh 1, dadurch gekeanzeiehnet, daß die dünne Halbleitersohicht auf eines Substrat vorgesehen ist, das alt Verunreinigungen des
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    anderen IT- und P-Types durch Diffusion dotiert ist, wo-"bei ein lokalisierter Bereich bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Substrat an der Fläche desselben hochdotiert ist, die an den Kollektorbereioh über eine kontinuierliche Fläche unterhalb des außenseitigen Ansehlußbereiches der Diode und dem Basisbereich des Transistors und an den Raum zwischen dem außenseitigen Anschluß- und dem Baaisbereioh angrenzt, um den Bahnwiderstand des Kollektorbereiohes zu reduzieren« , -
    Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwiiten isolierten Bereich der Schicht, wobei ein Abschnitt des zweiten Bereiches mit Verunreinigungen des jeweils anderen H- und P-Typs bis zu einer vorbestimmten Tiefe zur Herstellung eines Widerstandsbereiohes durch Diffusion dotiert ist; zwei Ohmsohe Kontakte an dem Wideretands bereich, die unter einem Abstand angeordnet sind, um einen Widerstand zwischen den beiden Ohmseheη Kontakten zu bilden} und durch eine Verbindung zwischen einem der beiden Ohmschen Kontakte mit dem vierten Ohmsohen Kontakt, um einen Widerstand in Reihe mit der Diode zu bilden.
    Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitersohioht auf einen Substrat vorgesehen ist, das ait Verunreinigun-gen des anderen H- und P-Typs durch Diffusion dotiert 1st, wobei ein lokalisierter Bereich bis zu einer vorbestimmten Tief· in dem Substrat an der Fläche desselben, die an den Kollektorbereleh angrenzt, mit Verunreinigungen des jeweiligen vorgegebenen H- und P-Typs über eine diskontinuierliche Fläohe un-krhalb des außenseitlgen Ansohlußbereiohes der Diode und dem Baslsbereioh des Traneietors hochdotiert ist, um den Fläohenwlderstand des Kollektorbereiohes mit Ausnahme des Teiles des
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    Kollektorbereiches zu reduzieren, der zwischen dem ersten und dem vierten Ohmschen Kontakt liegt, so daß ein Stromweg mit vorbestimmten! Widerstand gebildet wird, der einen kleinen, zwischen der Diode und dem ersten Ohms ehe η Kontakt liegenden Widerstand darstellt.
    5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Ohmsehe Kontakt auf einer Seite des quer verlaufenden Querbereiohss entfernt von dem ersten Ohmsohen Kontakt liegt, wobei der kleine Widerstand in
    - Reihe mit der Diode zwischen dem vierten und fünften Ohm-™ sehen Kontakt vorgesehen ist, so daß der große Widerstand parallel zu der Reihenschaltung der Diode mit dem kleinen Widerstand liegt.
    V.
    6. integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische kontinuierliche Verbindung von dem fünften Ohmsohen Konifct zu dem ersten Ohmsohen Kontakt ein metallisierter Leiter von dem fünf ten Kontakt direkt zu dem ersten Ohmschen Kontakt vorgesehen ist.
    7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ohmsohe Kontakt auf einem Bereich vorgesehen 1st, der durch Diffusion durch Verunreinigungen desselben Ü?yps wie der Qu erbe reich hochdotiert ist, und daß der Querbereich sich Über den außenseitigen Anschlußbereich der Diode nur seitlich in einer Richtung zu dem Baslabereich und einstückig mit dem hochdotierten Bereich erstreckt, der für den ersten Ohosohen Kontakt vorgesehen ist.
    8. Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der viert« Gansehe Kontakt auf einer Seite bei dem ersten Ohmsohen Kontakt vorgesehen ist, wobei der kleine Widerstand In Reihe alt jeder der Dioden und dem großen Widerstand geschaltet ist, und d*B die Diode
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    und der große Widerstand parallel geschaltet sind.
    9. Integrierte Schaltung naoh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch kontinuierliche Verbindung von dem fünften Ohmschen Kontakt zu dem ersten Ohmsohen Kontakt einen Ohmsohen Kontakt auf den Querbereich aufweist, der mit dem fünften Ohmsohen Kontakt verbunden ist, wobei ein Stromweg von dem vierten Ohmaohen Kontakt zu dem ersten Ohmsohen Kontakt durch den Querbereich und durch den Bereich des kleinen Widerstandes in dem Kollektorbereich gebildet wird, wenn die Diode in Rückwärtsriehtung vorgespannt ist.
    10· Integrierte Schaltung naoh Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ohmsche Kontakt auf einem Bereich vorgesehen ist, der durch Diffusion mit Verunreinigung*η desselben Typs wie der Querbereioh hochdotiert ist, und daß der Querbereioh aich über den außenseitigen Ansohlufiber eich der Diode seitlich in einer Richtung su dem Basisbereich und eins tüokig mit dem hochdotierten Bereioh erstreckt, der für den ersten Ohmsohen Kontakt vorgesehen ist. ' -
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    L e e r s e i t e
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