DE2266040C2 - - Google Patents

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DE2266040C2
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DE2266040A
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Cornelis Maria Hart
Arie Eindhoven Nl Slob
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit lo­ gischen Gattern mit einem Halbleiterkörper entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine integrierte Schaltung dieser Art ist bereits be­ schrieben in dem älteren deutschen Patent 20 21 824. Dies Patent betrifft eine logische Schaltung in der die Transistoren vertikale npn-Transistoren mit einer gemeinschaft­ lichen Emitterzone sind, wobei laterale pnp-Transistoren als Strominjektoren dienen.
Aus IBM Technical Disclosure Bulletin 13 (März 1971) 10, 2953 ist weiter eine integrierte logische Schaltung be­ kannt, in der ein vertikaler pnp-Transistor als Stromin­ jektor dient. Der Emitter dieses pnp-Transistors wird durch eine hochdotierte p-leitende vergrabene Schicht ge­ bildet, die in einem niedrig dotierten p-leitenden Sub­ strat angebracht ist. Die Basis wird gebildet durch eine hochdotierte n-leitende Schicht, die auf dem Substrat an­ gebracht ist und der Kollektor ist eine p-leitende Ober­ flächenzone die gleichzeitig die Basiszone eines vertika­ len npn-Transistors bildet. In der p-leitenden Oberflä­ chenzone ist eine n-leitende Oberflächenzone angebracht, die den Kollektor des npn-Transistors bildet und die ge­ nannte n-leitende Schicht bildet einen für eine Mehrzahl der npn-Transistoren gemeinschaftlichen Emitter. Die Basen der npn-Transistoren sind Zonen, die mit Hilfe der vertikalen pnp-Transistoren mit Einstellstrom versorgt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Wege zum Integrieren von Schaltungen zu schaffen, bei denen eine erhebliche Vereinfachung der Struktur, eine größere Ge­ drängtheit und ein vereinfachtes Verdrahtungsmuster erhalten werden können.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß mit Vorteil und im Gegensatz zu dem in dem oben genannten deutschen Patent 20 21 824 gesagten, die isolierenden Diffusionen durch die in der Integrationstechnik gebräuchlichen Trenn­ zonen nicht vollständig eliminiert werden können. Dadurch, daß Gebrauch gemacht wird von voneinander getrennten, we­ nigstens während des Betriebes elektrisch voneinander iso­ lierte Inseln, können die genannten logischen Gatterschal­ tungen als eine logische Teilschaltung in einer gemein­ schaftlichen Insel oder über mehrere dieser Inseln ver­ teilt, in die integrierte Schaltung aufgenommen werden.
Die genannte Aufgabe wird in Anwendung dieser Erkenntnis durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genann­ ten Merkmale gelöst.
Der gemeinschaftliche Halbleiterkörper der integrierten Schaltung kann z. B. hauptsächlich aus isolierendem Material bestehen auf dem ein oder mehrere Halbleitergebiete an­ gebracht sind, in denen eine Anzahl von derartigen Gebie­ ten eingebettet ist. Meistens besteht der gemeinschaft­ liche Halbleiterkörper praktisch vollständig aus Halblei­ termaterial.
In dem Halbleiterkörper wird mit Halbleitergebieten mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften, PN-Übergängen, Schottky-Übergängen, isolierenden und leitenden Zonen etc., Schaltelementen wie Dioden, Transistoren, Widerständen und Kapazitäten, die durch ein Muster von Leiterbahnen miteinander verbunden sind eine Schaltung realisiert.
Die Erfindung gibt einen neuen Weg an für das Integrieren von Schaltungen, bei dem in einem Halbleiterbauelement von sonst üblichem Aufbau in einer der voneinander getrennten Inseln eine aus logischen Gatterschaltungen aufgebaute Schaltung in sehr großer Packungsdichte und sehr geringer Verlustleistung realisiert werden kann.
Das oben genannte deutsche Patent 20 21 824 enthält u. a. ein Beispiel, in dem streifenförmige Oberflächenzonen vom zweiten Leitungstyp als Emitter für die als Strominjektor dienenden lateralen pnp-Transistoren dienen. Bei diesem Beispiel ist eine Anzahl dieser streifenförmigen Emitter­ zonen parallel zueinander angeordnet, wobei zwischen zwei dieser Emitterzonen stets eine ebenfalls streifenförmige Kollektorzone derselben Länge angebracht ist. Diese Kollektorzonen bilden zugleich die Basiszone der npn- Transistoren.
Bei der Erfindung sind gemäß der Weiterbildung nach An­ spruch 2 an wenigstens einer der langen Seiten der strei­ fenförmigen Oberflächenzonen mehrere der Steuereleketroden­ zonen nebeneinander angeordnet. Dadurch läßt sich eine be­ sonders kompakte Topologie der integrierten Schaltung er­ reichen.
In einem Ausführungsbeispiel des genannten deutschen Pa­ tentes 20 21 824 sind die logischen Gatterschaltungen nicht in einem n-leitenden Halbleiterkörper sondern in einer n-leitenden Oberflächenzone die auf einen p-leitenden Träger epitaktisch aufgebracht ist, angeordnet.
Dabei kann zwischen der epitaktischen Schicht und dem Trä­ ger eine dritte, höher dotierte n-leitende Schicht ange­ bracht werden, ohne daß dazu ein besonderer Maskierungsschritt er­ forderlich ist.
Bei der integrierten Schaltung nach der Erfindung kann eine vergrabene Schicht entsprechend der Weiterbildung nach Anspruch 9 angebracht werden.
Abhängig von der zu integrierenden Schaltung kann es von Vorteil sein, die logische Schaltung nicht vollständig in einer Insel anzubringen, sondern diese über mehrere Inseln zu verteilen.
Dies kann bei der integrierten Schaltung nach der Erfin­ dung entsprechend der Weiterbildung nach Anspruch 10 ge­ schehen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie­ ben. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer ersten Ausführungsform einer integrierten Schaltung mit Strominjektoren,
Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch die Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 längs der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2,
Fig. 4 ein Schaltbild einer Torschaltung,
Fig. 5 schematisch einen Querschnitt durch die Ausfüh­ rungsform nach den Fig. 1 und 2 längs der Linie V-V der Fig. 1,
Fig. 6 schematisch einen Querschnitt durch einen Teil einer Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung,
Fig. 7 ein Schaltbild eines Teiles eines dritten Beispiels einer integrierten Schaltung mit Strominjektoren,
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt durch diesen Teil,
Fig. 9 schematisch einen Querschnitt durch ein viertes Beispiel einer integrierten Schaltung mit Strominjektoren,
Fig. 10 ein zu diesem vierten Beispiel gehörigen Schalt­ bild,
Fig. 11 das Prinzip einer anderen Ausführungsform einer anderen Ausführungsform einer integrierten Schaltung mit Strominjektoren,
Fig. 12 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines fünften Beispiels einer integrierten Schaltung mit Strom­ injektoren,
Fig. 13 schematisch einen Querschnitt durch dieses fünfte Beispiel längs der Linie XV-XV der Fig. 14,
Fig. 14 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines sechsten Beispiels einer integrierten Schaltung mit Strom­ injektoren,
Fig. 15 schematisch einen Querschnitt durch diese Ausfüh­ rungsform längs der Linie XVII-XVII der Fig. 16.
Bei der vorliegenden Erfindung spielt der Gebrauch von Strominjektoren zum Zuführen von Einstellstrom an Schalt­ elementen, insbesondere an Transistoren, eine besondere Rolle. Um die Möglichkeiten des Gebrauchs von Strominjek­ toren, ihren Aufbau und ihre Arbeitsweise zu verdeutli­ chen, werden im folgenden einige Beispiele von integrier­ ten Schaltungen mit Strominjektoren beschrieben. Darunter ist ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung nach der Erfindung. Die Erfindung läßt sich aber durch einfache Anpassung auch bei den anderen Beispielen anwenden.
Auch sei darauf hingewiesen, daß Strominjektoren mehr als drei Schichten haben können. In diesem Fall wird die oben genannte Dreischichtenstruktur des Strominjektors durch die letzten drei Schichten einer solchen Mehrschichten­ struktur gebildet.
Deutlichkeitshalber sei noch darauf hingewiesen, daß unter Einstellstrom alle Ströme verstanden werden, die Schaltelementen zu ihrer Gleichstromeinstellung zugeführt werden. Eine Anzahl dieser Ströme, meistens die Ströme die über die Hauptelektroden, d. h. den Emitter und den Kollek­ tor eines Transistors, durch den Hauptstromweg des betref­ fenden Schaltelementes fließen, führen dabei auch Energie zu, die für die Signalverstärkung - das Verhältnis zwi­ schen den Energien des Eingangs- und Ausgangssignals - verwendet werden kann.
Mit der Bezeichnung "Speiseleitungen" werden hier Leitun­ gen bezeichnet, die zum Zuführen der genannten Einstell­ ströme dienen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Teil einer ersten Ausfüh­ rungsform einer integrierten Schaltung in der Strominjek­ toren angewendet werden. Diese integrierte Schaltung ent­ hält mehrere Schaltungselemente, in diesem Falle Transi­ storen, deren Basiszonen mit den Bezugsziffern 1 bis 10 bezeichnet sind. Diese Transistoren sind nebeneinander auf einer Seite eines diesen Schaltungselementen gemeinsamen Körpers 12 angebracht. Der Körper 12 besteht größtenteils aus Halbleitermaterial und weist auf der Seite der Halbleiteroberfläche 11 eine Isolierschicht 13 auf, auf der sich ein auf dieser Seite des Körpers 12 vorhandenes Muster von Leiterbahnen 14 erstreckt.
Die Leiterbahnen 14 sind durch Öffnungen in der Isolier­ schicht 13, die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien ange­ deutet sind, mit den in diesen Öffnungen an die Halblei­ teroberfläche tretenden Teilen der Schaltungselemente ver­ bunden. Diese Bahnen 14 dienen auf diese Weise als elek­ trische Anschlüsse der Transistoren.
Der Körper 12 ist ferner mit in Fig. 1 schematisch angege­ benenen Anschlüssen 15 und 16 zum Anschließen der positiven und der negativen Klemme einer Quelle 17 versehen, welche Quelle einem oder mehreren der Schaltungselemente Ein­ stellstrom zuführt. Der Körper 12 ist mit einem Stromin­ jektor versehen, der durch eine Mehrschichtenstruktur mit in diesem Falle drei aufeinanderfolgenden, durch gleich­ richtende Übergänge 18 und 19 voneinander getrennten Schichten 20, 21 und 5 gebildet wird. Die erste oder inji­ zierende Schicht 20 ist durch mindestens einen gleichrich­ tenden Übergang, den Übergang 18, von den einzustellenden Schaltungselementen getrennt. Die zweite oder Zwischen­ schicht 21 des Strominjektors ist eine Halbleiterschicht, die mit der ersten und der dritten Schicht 20 bzw. 5 die gleichrichtenden Übergänge 18 bzw. 19 bildet. Die injizie­ rende Schicht 20 weist einen Anschluß 15 für die eine Klemme der Quelle 17 auf, während die Zwischenschicht 21 einen Anschluß 16 für die andere Klemme der Quelle 17 auf­ weist. Mit Hilfe dieser Quelle 17 wird der gleichrichtende Übergang 18 zwischen der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21 in der Durchlaßrichtung polarisiert, wobei Ladungsträger aus der injizierenden Schicht 20 in die Zwischenschicht 20 injiziert werden, die von der an die Zwischenschicht 21 grenzenden Schicht 5 des Stromin­ jektors gesammelt werden.
Die dritte Schicht des Strominjektors bildet zugleich die einzustellende Basiszone eines der Transistoren, und zwar des Dreischichtentransistors 33, 5, 21. Diese einzu­ stellende Basiszone 5 ist durch mindestens zwei gleich­ richtende Übergänge, und zwar die pn-Übergänge 18 und 19, von der injizierenden Schicht 20 und somit auch von dem mit dieser verbundenen Quellenanschluß 15 getrennt und saugt über den die dritte Zone 5 begrenzenden Übergang 19 Ladungsträger aus der Zwischenschicht 21 des Strominjek­ tors ab, die den gewünschten Einstellstrom liefern. Dabei ist diese Zone 5 weiter mit einer der Bahnen 14 des Leitungsmusters verbun­ den, über welche Verbindung z. B. elektrische Signale zu- und/oder abgeführt werden können.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Einstell­ ströme der übrigen Basiszone 1-4 und 6-10 auf entspre­ chende Weise mit Hilfe der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21 zugeführt. So bilden z. B. die Schichten 20, 21 und 10 einen Strominjektor zum Zuführen von Einstellstrom zu der Basiszone 10 eines Dreischichten­ transistors 36, 10, 21. Auch diese einzustellende Zone 10 ist durch zwei gleichrichtende Übergänge, und zwar die Übergänge 38 und 18, von der injizierenden Schicht 20 und dem mit dieser verbundenen einen Quellenanschluß 15 ge­ trennt. Ferner kollektiert diese Zone 10 Ladungsträger aus der Zwischenschicht 21 dem Strominjektors über den Über­ gang 38, wobei die Zwischenschicht 21 zugleich eine Zone des Schaltungselements, in diesem Falle eine der äußeren Zonen des Dreischichtentransistors, bildet.
Die einzustellende Basiszone 10 des Transistors 36, 10, 21 ist mit einem weiteren Dreischichtentransistor 37, 10, 21 verbunden. Diese Verbindung ist im Inneren des Körpers 12 dadurch hergestellt, daß die Zone 10 eine den beiden Tran­ sistoren gemeinsame Basiszone bildet. Außerdem ist die Ba­ siszone 10 noch mit einer der Leiterbahnen 14 verbunden, welche Leiterbahn u. a. von der Basiszone 10 zu dem Drei­ schichtentransistor 33, 5, 21 führt.
Die injizierende Schicht 20 ist eine Halbleiterschicht von dem gleichen einen Leitfähigkeitstyp wie die Schichten 1-10 die je eine dritte oder sammelnde Schicht des Strom­ injektors bilden. Diese Schichten 1-10 und 20 erstrecken sich nebeneinander von der einen Seite des Körpers, auf der sich das Leiterbahnenmuster befindet, her in demselben Gebiet 21 vom anderen Leitfähigkeitstyp und sind in dem Körper 12 von diesem Gebiet 21 umgeben. Die einzustellen­ den Zonen 1-10 empfangen ihre Einstellströme durch Samm­ lung von Ladungsträgern aus dem Gebiet 21, die aus einer auf der erwähnten Seite liegenden Schicht des Strominjek­ tors, und zwar der injizierenden Schicht 20, über den gleichrichtenden Übergang 18 in das Gebiet 21 injiziert sind.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Teil der integrierten Schaltung nach der Erfindung bildet ein Meister-Sklave- Flip-flop nach dem elektrischen Schaltbild in Fig. 3. Dieses Flip-flop enthält 16 Transistoren T₂₂-T₃₇, die über acht Nicht-Oder-Gatter mit je zwei Eingängen verteilt sind. Die Kollektoren dieser Transistoren T₂₂-T₃₇ sind in den Fig. 1 und 2 mit den entsprechenden Bezugsziffern 22-37 bezeichnet. Die Basiszonen dieser Transistoren sind die Zonen 1-10, wobei die Zonen 1, 3, 4, 6, 7 und 10 je eine zwei Transistoren gemeinsame Basiszone bilden. Die Emitter der Transistoren sind alle miteinander verbunden. Sie wer­ den durch die gemeinsame Emitterzone 21 gebildet, die zu­ gleich die Zwischenschicht des Strominjektors bildet. Der Strominjektor mit seinen kollektierenden einzustellenden Zonen 1-10 ist in Fig. 3 schematisch mit 10 Stromquellen I angegeben. Das Schaltbild nach Fig. 3 zeigt weiter einen elektrischen Eingang IN, einen elektrischen Ausgang Q und Taktimpulsanschlüsse CPM und CPS für den Meister bzw. den Sklaven, wobei die entsprechenden Leiterbahnen 14 in Fig. 1 auf gleiche Weise angedeutet sind.
Der Deutlichkeit halber sei bemerkt, daß der Transistor T₃₇ in Fig. 3 eigentlich nicht zu dem Flip-flop gehört. Tatsächlich bildet der Kollektor des Transistors T₃₄ einen Ausgang des Flip-flops und gehört der Transistor T₃₇ be­ reits zu einer mit diesem Ausgang des Flip-flops verbunde­ nen weiteren Torschaltung. Ebenfalls fehlt in der gezeigten integrierten Schaltung am Eingang der wohl zu dem Flip-flop gehörige, in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Transistor T′₃₇, der zusammen mit dem Transistor T₂₂ ein Nicht-Oder Eingangsgatter des Flip-flops bildet. Die Tat­ sache, daß in der integrierten Form gerade die Transisto­ ren T₂₂-T₃₇ als Baueinheit zusammengefügt sind, ist auf die angegebene Verbindung zwischen der Basis des Transistors T₃₆ und der Basis des Transistors T₃₇ zurückzufüh­ ren. Dank dieser Verbindung kann der Transistor T₃₇ näm­ lich einfach als zusätzliche Kollektorzone 37 in der Ba­ siszone 10 des Transistors T₃₆ erhalten werden, wodurch eine Ersparung an benötigter Halbleiteroberfläche erzielt wird. Aus demselben Grund ist es meistens auch günstiger, den Transistor T′₃₇ als mit dem dem Flip-flop direkt vorangehenden Teil der Schaltung, z. B. einem vorangehenden Flip-flop, ein Ganzes bildend auszuführen.
Die Anwendung derartiger Mehrkollektorentransistoren mit einer zwei oder mehreren gesonderten Kollektoren gemeinsa­ men Basiszone führt eine erhebliche Vereinfachung der in­ tegrierten Schaltung herbei, u. a. weil für einen Mehr­ kollektorentransistor mit z. B. drei Kollektoren an der Halbleiteroberfläche viel weniger Raum benötigt wird als für drei gesonderte Transistoren. Ferner ist die Anzahl benötigter Anschlüsse für einen Mehrkollektortransistor wesentlich geringer als für eine äquivalente Anzahl geson­ derter Transistoren, wodurch das Verdrahtungsmuster bei Mehrkollektorentransistoren einfacher ist.
Das beschriebene Flip-flop ist eine besonders gedrängte integrierte Schaltung, was u. a. darauf zurückzuführen ist, daß der angewandte Strominjektor sehr eng mit den einzu­ stellenden Schaltungselementen verbunden ist. Für den Strominjektor werden außer den verwendeten Schaltungsele­ menten nur eine einzige weitere Zone, und zwar die injizie­ rende Schicht 20, und ein zusätzlicher gleichrichtender Übergang, und zwar der PN-Übergang 18, benötigt. Die übri­ gen Schichten des Strominjektors fallen mit den bereits für die Schaltungselemente selber benötigten Halbleiter­ schichten zusammen. Ferner können, wie in Fig. 1 darge­ stellt ist, die Anschlüsse 15 und 16 an der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21 des Strominjektors am Rande des Körpers 12 angebracht werden. Die Einstell­ ströme werden mittels des Strominjektors im Inneren des Körpers und nicht mittels einer Leiterbahn zugeführt. Übrigens kann, wie in Fig. 2 mit dem Anschluß 16′ schema­ tisch dargestellt ist, im vorliegenden Beispiel für den Anschluß der Zwischenschicht auch die dazu leichter zu­ gängliche Oberfläche 39 benutzt werden, die auf der gegen­ überliegenden Seite des Körpers der Oberfläche 11 gegen­ überliegt.
Die Einfachheit und Gedrängtheit der integrierten Schal­ tung werden weiter dadurch erheblich gefördert, daß der Strominjektor nicht nur die Einstellströme für die Basis­ zonen der Transistoren, sondern auch die für diese Transi­ storen benötigten Emitter-Kollektor-Hauptströme liefert. So ist die Basiszone 5 über eine Leiterbahn 14 u. a. mit der Kollektorzone 29 verbunden. Die Transistoren T₂₉ und T₃₃ bilden eine gleichstromgekoppelte Kaskade. Ist der Transistor T₂₉ leitend, so fließt der vom Strominjektor der Zone 5 gelieferte Einstellstrom wenigstens zu einem wesentlichen Teil über die erwähnte Leiterbahn als Haupt- und Speisestrom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T₂₉. Auf diese Weise werden alle für das Flip-flop benötigten Einstellströme mittels einer einzigen angeschlossenen Quelle 17 erhalten.
In diesem Zusammenhang sei weiter bemerkt, daß auch dank der Tatsache, daß die Einstellströme von dem Strominjektor in Form von Strom zugeführt werden, die üblichen Be­ lastungsimpedanzen in den Emitter-Kollektorkreisen der Transistoren hier überflüssig sind. Auch dadurch wird im allgemeinen eine erhebliche Raumersparung erzielt.
Ein anderer wichtiger Aspekt besteht darin, daß eine Viel­ zahl von Transistoren in die Schaltung aufgenommen sind, deren Emitter direkt miteinander verbunden sind. Diese miteinander verbundenen Emitter können als eine gemeinsame Emitterzone 21 ausgebildet werden, wobei die für Transi­ storen an sich übliche doppeldiffundierte Dreischichten­ struktur in umgekehrter Richtung benutzt wird. Die klein­ ste Zone wirkt als ein an der Oberfläche liegender Kollek­ tor, die, auf die Oberfläche 11 gesehen, völlig auf der Basiszone liegt und im Körper von der Basiszone umgeben ist. Diese Basiszone ist eine Oberflächenzone, die rings um den Kollektor an die Oberfläche 11 grenzt und die sich von dieser Oberfläche her in der zugleich als Emitter wir­ kenden Zwischenschicht 21 erstreckt. An sich weist eine auf diese Weise verwendete Transistorstruktur einen niedrigen Stromverstärkungsfaktor β als der übliche nichtin­ vertierte Transistor auf. Für viele Schaltungen ist dieser niedrigere Stromverstärkungsfaktor β unbedenklich und führt die Anwendung einer gemeinsamen Emitterzone in Ver­ bindung mit einem Strominjektor zu einem sehr einfachen Aufbau der integrierten Schaltung, wobei u. a. kein Raum für Trennzonen zur elektrischen Isolierung der Transi­ storen benötigt wird. Außerdem werden nachstehend noch einige Maßnahmen zur Steigerung des Stromverstärkungsfaktors β der invertierten Transistorstruktur angegeben.
Es wurde bereits erwähnt, daß das beschriebene Flip-flop völlig mit einer einzigen angeschlossenen Quelle 17 be­ trieben wird. Dies bedeutet u. a., daß beim Betrieb alle Spannungen in der Schaltung innerhalb des Bereiches lie­ gen, der durch den von der Quelle 17 an die Anschlüsse 15 und 16 abgegebenen Potentialunterschied bestimmt wird. Dieser Potentialunterschied steht in der Durchlaßrichtung über dem PN-Übergang 18 zwischen der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21. Die dadurch in die Zwi­ schenschicht injizierten Ladungsträger, die in dieser Schicht Minoritätsladungsträger sind, können von einem den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die injizierende Schicht 20 aufweisenden Gebiet, z. B. der Zone 5, gesammelt werden, vorausgesetzt, daß der Abstand zwischen der Schicht 20 und der Zone 5 nicht zu groß ist und in der Praxis in der Größenordnung einer Diffusionslänge der Minoritätsladungs­ träger in der Zwischenschicht liegt. Eine derartige Strom­ übertragung von der injizierenden Schicht 20 auf die ein­ zustellende Zone 5 kann stattfinden, wenn der Übergang 19 zwischen der Zone 5 und der Zwischenschicht 21 in der Sperrichtung vorgespannt ist, was z. B. dadurch bewirkt werden kann, daß die Zone 5 über eine Leiterbahn 14 mit einem Punkt geeigneten Potentials verbunden wird. In der Schaltung muß dann eine zweite Spannungsquelle verwendet werden.
Bekanntlich braucht ein gleichrichtender Übergang nicht notwendigerweise in der Sperrichtung vorgespannt zu sein, um Ladungsträger sammeln zu können. Die abgesaugten La­ dungsträger können eine Potentialänderung der Zone 5 her­ beiführen, wodurch auch über dem Übergang 19 eine Spannung in der Durchlaßrichtung auftritt. Jedenfalls wenn diese Durchlaßspannung genügend groß wird, tritt eine Injektion von Ladungsträgern über den Übergang 19 auf, wodurch über diesen Übergang ein Strom in einer Richtung fließt, die der des durch die Sammlung von Ladungsträgern über diesen Übergang fließenden Stromes entgegengesetzt ist. Das Po­ tential der Zone 5 wird sich derart einstellen, daß der Unterschied dieser beiden Ströme gleich dem zum Betreiben des Transistors 33, 5, 21 benötigten Basiseinstellstrom, ge­ gebenenfalls zuzüglich des über einen Anschluß an die Zone 5 abfließenden Stromes, ist. In diesem stationären Zustand wird das Potential der Zone 5 im allgemeinen zwischen den Potentialen der Anschlüsse 15 und 16 liegen.
Wenn in beiden Richtungen ein gleich großer Strom über den sammelnden Übergang fließt, wird die Spannung über diesem Übergang maximal und praktisch gleich der Spannung über dem injizierenden Übergang des Strominjektors sein. In allen anderen Fällen ist die Größe der Durchlaßspannung von der Größe des der betreffenden Sammelschicht ent­ nommenen oder von dieser Schicht aufgenommenen (Einstell) Stromes abhängig. Es dürfte einleuchten, daß im Grenzfall, in dem praktisch keine Spannung über dem betreffenden sammelnden Gleichrichterübergang steht, der entnommene Strom maximal ist.
Es leuchtet ein, daß, wenn der Übergang 19 in der Sperrichtung betrieben wird, der Dreischichtentransistor 33, 5, 21, mit der Zone 33 als Emitter, der Zone 5 als Basis und der Schicht 21 als Kollektor verwendet wird, wobei der Basiseinstellstrom völlig oder teilweise von dem Stromin­ jektor geliefert wird. Auch wenn über dem Übergang 19 eine Spannung in der Durchlaßrichtung auftritt, kann die Schicht 21 als Kollektor der Dreischichtentransistor 33, 5, 21 benutzt werden, wenn nämlich der Übergang 40 zwi­ schen der Zone 33 und der Zone 5 genügend weit in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Es ist aber wichtiger, daß, wenn der Übergang 19 in der Durchlaßrichtung betrie­ ben wird, die Zwischenschicht 21, wie im vorliegenden Bei­ spiel, als Emitter des Transistors 21, 5, 33, dienen kann, was nachstehend näher erläutert wird.
In dem vorliegenden Beispiel mit dem lateral ausgeführten Strominjektor 20, 21, 5 ist der gemeinsame Körper 12 ein n-leitender Halbleiterkörper, der die Zwischenschicht des Strominjektors bildet, wobei die Zwischenschicht 21 ein niederohmiges n-leitendes Substrat 21a aufweist, auf dem eine hochohmige n-leitende Oberflächenschicht 21b ange­ bracht ist. Alle Halbleiterzonen der Schaltungselemente und des Strominjektors grenzen an die von dem Substrat 21a abgekehrte Oberfläche 11 der Oberflächenschicht 21b. Die injizierende Schicht 20 und die Basiszonen 1-10 sind gleichzeitig und mit derselben Dotierungskonzentration als p-leitende Oberflächenzonen in der in diesem Falle epitak­ tischen Oberflächenschicht 21b angebracht. Infolge dieser verhältnismäßig einfachen Herstellungstechnologie sind die Dotierungskonzentrationen und die Gradienten derselben in der Nähe der PN-Übergänge 18 und 19 einander praktisch gleich. Diese Gleichheit der beiden Übergänge 18 und 19 scheint die Anwendung der Zwischenschicht 21 als Emitter des npn-Transistors 21, 5, 33 auszuschließen. Der Übergang 18 bildet ja den injizierenden Übergang des Strominjek­ tors, wodurch an diesem Übergang der Strom in der Durch­ laßrichtung mit Rücksicht auf einen angemessenen Wirkungs­ grad möglichst aus Löchern bestehen muß, während aus dem­ selben Grunde am Übergang 19, der den Emitter-Basis-Über­ gang des Transistors bildet, der Strom in der Durchlaß­ richtung möglichst aus Elektronen bestehen muß. Mit ande­ ren Worten: da die epitaktische Schicht 21b die Zwischen­ schicht des Strominjektors bildet, muß die Dotierungskon­ zentration niedrig sein, während für diese epitaktische Schicht als Emitter des Transistors gerade eine hohe Do­ tierungskonzentration erwünscht ist.
Um nun die Zwischenschicht 21 des Strominjektors dennoch als Emitter des Transistors verwenden zu können, wird die Tatsache benutzt, daß das Verhältnis zwischen dem Elektro­ nen- und dem Löcherstrom bei einem injizierenden Übergang nicht nur von den mit den Dotierungskonzentrationen und der Spannung über diesem Übergang gegebenen Minoritätsla­ dungskonzentrationen zu beiden Seiten dieses Übergangs ab­ hängig ist, sondern eigentlich durch den Gradienten dieser Minoritätsladungsträgerkonzentrationen bestimmte wird. Diese Konzentrationsgradienten sind u. a. von dem Vorhanden­ sein eines kollektierenden Übergangs, wie des Basis-Kol­ lektor-Übergangs 40, und von dem Abstand dieses Übergangs 40 von dem Injizierenden Übergang 19 abhängig. In der Nähe des kollektierenden Übergangs 40 ist, je nach der Vorspan­ nung über diesem Übergang, die Minoritätsladungsträgerkon­ zentration in der Basiszone 5 infolge der absaugenden Wir­ kung dieses Übergangs 40 gering. Wenn der Abstand zwischen den Übergängen 40 und 19 kleiner als eine oder einige Diffusionslängen der Minoritätsladungsträger in der Basis­ zone 5 ist, ergibt die absaugende Wirkung des Übergangs 40 eine Vergrößerung des Gradienten der Minoritätsladungsträ­ gerkonzentration. Dieser Effekt kann auch als eine Verkür­ zung der effektiven Weglänge der Minoritätsladungsträger in der Basiszone 5 beschrieben werden. Durch passende Wahl der Spannung über dem Übergang 40 im Vergleich zu der über dem Übergang 19 und/oder des Abstandes zwischen den Über­ gängen 19 und 40 im Vergleich zu dem zwischen den Übergän­ gen 18 und 19 kann somit erreicht werden, daß der Vor­ wärtsstrom über dem Übergang 18 größtenteils aus Löchern besteht, während der Vorwärtsstrom über dem Übergang 19, trotz der für einen Emitter verhältnismäßig niedrigen Do­ tierungskonzentration der Schicht 21, größtenteils aus Elektronen besteht. Die verkürzte effektive Weglänge der Elektronen in der Basiszone 5 muß kleiner als die der Lö­ cher in der Zwischenschicht 21 sein.
Wie bereits erwähnt wurde, ist das betreffende Flip-flop aus einer Anzahl von Nicht-Oder-Gattern (nor-gates) aufge­ baut, die aus einer Anzahl Transistoren bestehen, deren Emitter-Kollektor-Strecken zueinander parallel geschaltet sind. Fig. 4 zeigt eine derartige Nicht-Oder-Gatter-Schal­ tung, die aus zwei oder mehr Gattertransistoren T₄₀, T₄₁ . . . besteht. Den Gattertransistoren folgt ein Transistor T₄₂. Die Eingänge A, B . . . der Gattertransistoren T₄₀, T₄₁ . . . werden durch die Basis-Elektroden der Transistoren T₄₀, T₄₁, . . ., gebildet, während ihre Emitter-Kollektor- Strecken von der Emitter-Basis-Strecke des Transistors T₄₂ überbrückt sind. Der Strominjektor ist schematisch mit Stromquellen I₄₀, I₄₁ und I₄₂ und den zugehörigen Polari­ täten zwischen den Basen und den Emittern bezeichnet. Der Transistor T₄₂ führt nur Strom, (infolge der in der Vor­ wärtsrichtung wirksamen Stromquelle I₄₂) wenn weder der Transistor T₄₀ noch der Transistor T₄₁ leitend ist, d. h. wenn sowohl der Eingang A als auch der Eingang B Erdpoten­ tial oder wenigstens eine Spannung in bezug auf den Emitter aufweisen, die niedriger als die innere Basis-Ein­ gangsschwellwertspannung der Transistoren T₄₀ bzw. T₄₁ ist. Die Ströme der Quellen I₄₀ und I₄₁ fließen dann zu Erde ab und, weil der Transistor T₄₂ leitend ist, wird die Spannung an dessen Kollektor (Punkt D) praktisch auf Erd­ potential abgenommen haben. Wenn an einem oder mehreren der Eingänge A und B die Basis-Eingangsschwellenwertspannung wohl überschritten wird, wird der Strom der Quelle I₄₂ über den (die) dann leitenden Eingangstransistor(en) abge­ leitet werden, so daß für die Basis des Transistors T₄₂ zu wenig Strom übrigbleibt, um diesen Transistor stromführend zu machen. Der Strominjektor liefert als die angegebene Stromquelle I₄₂ den Speisestrom für die Hauptstrombahn der Transistoren T₄₀, T₄₁ . . ., während der Basis-Emitter-Über­ gang des Transistors T₄₂ die Belastungsimpedanz dieser Transistoren bildet.
In vielen Schaltungen werden zwischen dem Punkt C und Erde mehr als zwei Gattertransistoren T₁ und T₂ mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken eingeschaltet sein (fan-in), während zwischen diesen Punkten auch mehrere Transistoren mit ihren Basis-Emitter-Strecken eingeschaltet sein werden (wie der Transistor T₄₂). Die Punkte A bzw. B sind dann z. B. mit den Ausgängen C′ vorangehender ähnlicher Tor­ schaltungen verbunden, während der Ausgang C der darge­ stellten Torschaltung zu mehreren Eingängen A′ oder B′ auffolgender ähnlicher Torschaltungen führen wird. Dabei ist der "fan-out" von dem Kollektor-Basisstromverstär­ kungsfaktor β der verwendeten Transistoren begrenzt.
Aus Obenstehendem geht hervor, daß in derartigen Schaltun­ gen neben Transistoren, die leitend sind und deren Emitter-Basis-Spannung oberhalb der Schwellwertspannung liegt, nichtleitende Transistoren vorhanden sind, deren Emitter-Basis-Strecke praktisch kurzgeschlossen ist. Dies bedeutet, daß in der integrierten Schaltung der in Fig. 1 gezeigten Art leicht eine Streutransistorwirkung zwischen den unterschiedlichen Basiszonen, z. B. den Basiszonen 4 und 5, auftreten kann, wenn der Abstand zwischen diesen Zonen nicht zu groß ist. In diesem Zusammenhang erstreckt sich zwischen den beiden einzustellenden Basiszonen 4 und 5 eine zu der Zwischenschicht 21 gehörige und somit eben­ falls n-leitende Oberflächenzone 21c, die höher als die Basiszonen 4 und 5 dotiert ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Oberflächenzone 21c von der Oberfläche her minde­ stens bis auf die gleiche Tiefe im Körper wie die Basis­ zonen 4 und 5. Aus Raumersparungserwägungen grenzt diese höher dotierte Oberflächenzone 21c direkt an die elek­ trisch voneinander zu trennenden Basiszonen. Auch wenn diese n⊕-leitende Zone 21c in einiger Entfernung von den voneinander zu trennenden Basiszonen liegt, wird aber die etwaige parasitäre Transistorwirkung effektiv unterdrückt. Im vorliegenden Beispiel befindet sich die Oberflächenzone 21c nicht nur zwischen den voneinander zu trennenden Ba­ siszonen, sondern ist jede der Basiszonen 1-10 an der Oberfläche 11 praktisch völlig von einer Kombination aus einem Teil der injizierenden Schicht 20 und der höher do­ tierten Zone 21c umgeben. Jeder der Basiszonenen ist auf drei Seiten von einem U-förmigen Teil der Zone 21c umgeben. Aus dem Schnitt nach Fig. 5 ist ersichtlich, daß an der Ober­ fläche 11 zu beiden Seiten der injizierenden Schicht 20 zwischen dem Übergang 18 und dem der Deutlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestellten zwischen den niederohmigen U-förmigen Teilen der Zone 21c und dem angrenzenden hoch­ ohmigen Teil 21b der Zwischenschicht gebildeten n⊕-n- Übergang 44 noch eine kleine Öffnung vorhanden ist.
Durch diese Umschließung wird erreicht, daß sich jeder der Basiszone 1-10 in einem verhältnismäßig kleinen n-leiten­ den Gebiet erstreckt oder wenigstens an ein solches Gebiet grenzt, das, insofern es an n-leitendes Material grenzt, praktisch völlig zwischen dem n⊕-n-Übergang 44 und dem n⊕-n-Übergang 45 zwischen dem Substrat 21a und der epitak­ tischen Schicht 21b eingeschlossen ist. Diese n⊕-n-Über­ gänge bilden eine Sperre für die in der epitaktischen Schicht 21b vorhandenen Löcher, wodurch die in einen der­ artigen umschlossenen Teil von der injizierenden Schicht 20 oder der Basiszone 5 injizierten Löcher weniger leicht zu den weiter von den Übergängen 18 und 19 entfernten Teilen der n-leitenden Zwischenschicht 21 abfließen. Diese Vergrößerung der effektiven Weglänge von Löchern in dem an die Basiszone 5 grenzenden Teil der epitaktischen Schicht 21b hat, gleich wie die vorerwähnte Verkürzung der effek­ tiven Weglänge der Elektronen in der Basiszone, also auf der anderen Seite des Übergangs 19, eine Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors β des Dreischichtentransistors 21, 5, 33 zur Folge. Im Zusammenhang mit Obenstehendem ist das an die Basiszone 5 grenzende n-leitende Gebiet 21b vorzugsweise möglichst vollständig umschlossen. Ferner ist dieses Gebiet 21b vorzugsweise möglichst klein, um auch den Verlust an Minoritätsladungsträgern durch Rekombina­ tion zu beschränken. Vorzugsweise reichen die Basiszonen und die injizierende Schicht 20 bis zu dem n⊕-leitenden Substrat 20a, wenigstens bis zu einer n⊕-leitenden Schicht. Dies ergibt außerdem den Vorteil, daß die Injek­ tion der injizierenden Schicht 20 im wesentlichen in seit­ licher Richtung längs der Oberfläche 11 stattfinden wird. Wenn die Dicke dieser Zonen geringer als die der Ober­ flächenschicht 21b ist, reicht die n⊕-leitende Oberflä­ chenzone 21c vorzugsweise bis zu oder bis in das Substrat 21a. Obwohl kleine Öffnungen in der Umschließung einen verhältnismäßig geringen ungünstigen Effekt ergeben, grenzt die n⊕-leitende Oberflächenzone an der Oberfläche 11 vorzugsweise direkt an die injizierende Schicht 20. Das Vorhandensein der in Fig. 5 dargestellten Öffnungen zu beiden Seiten der injizierenden Schicht findet seinen Grund eher in der Weise der Herstellung der integrierten Schaltung als in dem beabsichtigten Effekt der Umschlie­ ßung.
Je nach der Herstellungsweise können durch Oberflächen­ rekombination herbeigeführte Verluste eine mehr oder weniger große Rolle spielen. Wenn die Eigenschaften der Halb­ leiteroberfläche 11 und des Übergangs zwischen dieser Oberfläche und der Isolierschicht 13 derartig sind, daß die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit verhältnis­ mäßig groß ist, kann, wenn die einzustellende Zone z. B. gleichmäßig dotiert ist und z. B. einen Teil einer epitak­ tischen Schicht bildet, der Stromverstärkungsfaktor eines Transistors dadurch erhöht werden, daß wenigstens in dem an die Halbleiteroberfläche grenzenden Teil der einzu­ stellenden Basiszone ein Gradient in der Dotierungskonzen­ tration angebracht wird, wobei die Konzentration in einer Richtung quer zu der Halbleiteroberfläche von der Oberflä­ che her abnimmt. Das sich ergebende Driftfeld verhindert dann, daß die Minoritätsladungsträger an die Oberfläche gelangen. Wenn die Oberflächenzone 21c nicht direkt an die Basiszone grenzt, sondern das dazwischen liegende Gebiet 21b bis zu der Oberfläche reicht, ist aus demselben Grunde ein entsprechender Konzentrationsgradient in der an die Halbleiteroberfläche grenzenden Schicht des Gebietes 21b erwünscht. Ein derartiger Gradient in dem Gebiet 21b kann z. B. einfach zugleich mit dem Anbringen der meistens diffundierten Kollektorzone 33 erhalten werden.
Die injizierende Schicht 20 weist die Form einer bandför­ migen Oberflächenzone auf, längs deren zu beiden Seiten mehrere von ihr getrennte einzustellende Basiszonen 1-10 nebeneinanderliegen. Mit derselben injizierenden Schicht können auf diese Weise eine Vielzahl einzustellender Zonen einen Einstellstrom empfangen. Der Reihenwiderstand einer derartigen langgestreckten injizierenden Schicht 20 kann mit Hilfe einer ununterbrochenen oder unterbrochenen Lei­ terbahn 46 herabgesetzt werden.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung. Der gemein­ same Körper 60 enthält einen Strominjektor mit fünf auf­ einanderfolgenden Schichten 61, 62a, 63, 62b, 64, die durch gleichrichtende Übergänge 65, 66, 67 und 68 voneinander ge­ trennt sind. Wie an Hand des vorangehenden Beispiels be­ reits beschrieben wurde, kann die dritte Schicht 63 des Strominjektors durch Injektion von Ladungsträgern aus der injizierenden Schicht 61 ein Potential annehmen, bei dem der Übergang 66 und auch der Übergang 67 in der Durchlaß­ richtung polarisiert werden. Dies bedeutet, daß die zweite oder Zwischenschicht 62a Ladungsträger in die dritte Schicht 63 injizieren kann, die von der vierten Schicht 62b kollektiert werden können, und daß die dritte Schicht 63 ihrerseits Ladungsträger in die vierte Schicht 62b in­ jizieren kann, die aus dieser vierten Schicht, wenn eine fünfte Schicht 64 vorhanden ist, von dieser Schicht über den diese Schicht 64 begrenzenden Übergang 68 kollektiert werden können. Im vorliegenden Beispiel bildet die fünfte Schicht 64 des Strominjektors zugleich die einzustellende Basiszone eines Bipolartransistors, der z. B. durch die Schichten 69, 64 und 62 gebildet werden kann.
Die erwähnten Schichten des Strominjektors und des Transi­ stors können z. B. in einer dünnen Halbleiterschicht ange­ bracht sein, die sich auf einem isolierenden Substrat be­ findet, wobei die fünf Schichten des Strominjektors sich z. B. über die ganze Dicke dieser Halbleiterschicht er­ strecken. In dem dargestellten Beispiel bilden die Zwi­ schenschicht 62a und die vierte Schicht 62b, mit Vorteil als Teile eines ununterbrochenen Gebietes gebildet, in dem Körper ein ununterbrochenes Gebiet vom gleichen Leitfähig­ keitstyp. Die übrigen Teile dieses Gebietes sind in Fig. 6 mit 62c-62f bezeichnet. Dieses Gebiet gehört wenigstens größtenteils zu einer epitaktischen Schicht 62 vom einen Leitfähigkeitstyp, die auf einem Halbleitersubstrat 71 vom anderen Leitfähigkeitstyp angebracht ist, wobei das er­ wähnte (nachstehend als Insel bezeichnete) Gebiet auf üb­ liche Weise mit Hilfe von Trennzonen 72 vom anderen Leit­ fähigkeitstyp von den übrigen Teilen der epitaktischen Schicht 62 getrennt ist. Die Insel besitzt eine vergrabene Schicht 62f vom einen Leitfähigkeitstyp mit einer Dotie­ rungskonzentration, die höher als die ursprüngliche Kon­ zentration der epitaktischen Schicht 62 ist. Diese vergra­ bene Schicht befindet sich an und in der Nähe der Grenz­ fläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht. Die Schichten 61, 63 und 64 des Strominjektors sind Oberflächenzonen, die von der Oberfläche 73 bis zu der vergrabenen Schicht 62f reichen. Dadurch ist die Diffusionsspannung an denjenigen Teilen der PN-Übergänge zwischen der injizierenden Schicht 62 und der dritten Schicht 63 einerseits und der Insel andererseits, die zu der Oberfläche 73 praktisch parallel sind, größer als die der Teile 65, 66 und 67 dieser Übergänge. Demzufolge wird die Injektion der Ladungsträger durch die Schichten 61 und 63 vorzugsweise in seitlicher Richtung praktisch parallel zu der Oberfläche 73 erfolgen. Außerdem sind die Schichten 62a und 62b, in die die Ladungsträger injiziert werden, sehr klein, so daß, wie bereits beschrieben wurde, ver­ hältnismäßig wenig injizierte Ladungsträger in der Insel verlorengeht.
Auch in diesem Beispiel ist die Kombination eines Stromin­ jektors und eines Schaltungselementes möglichst um­ schlossen, um das Abfließen von Minoritätsladungsträgern in seitlicher Richtung zu beschränken. An die injizierende Schicht grenzt eine niederohmige Zone 62e, die zu der In­ sel gehört. Die Zone 62e dient dazu, die Injektion von La­ dungsträgern durch die injizierende Schicht in seitlicher Richtung auf der von der einzustellenden Zone abgekehrten Seite der injizierenden Schicht durch Erhöhung der Diffu­ sionsspannung zu beschränken. Die Zone 62e dient zugleich als Kontaktzone für den Anschluß 74 der einen Klemme einer äußeren Quelle 75 an die Zwischenschicht 62a des Stromin­ jektors.
Die gewünschte Umschließung der einzustellenden Basiszone 64 ist in diesem Falle mit Hilfe einer wenigstens teilwei­ se in den Körper 60 versenkten Isolierschicht 76 erhalten, die sich von der Oberfläche 73 her in der Halbleiter­ schicht 62, in der sich die einzustellenden Zonen befin­ den, erstreckt. In diesem Beispiel erstreckt sich die Iso­ lierschicht 76 nur über einen Teil der Dicke der Schicht 62. Diese versenkte Isolierschicht 76 umschließt die Ba­ siszone 64 größtenteils und schließt sich möglichst der dritten Schicht 63, der injizierenden Schicht 61 oder der Zone 62e an, je nachdem mittels der dritten Schicht 63 und/oder der injizierenden Schicht 61 mehreren nebeneinan­ derliegenden einzustellenden Zonen gleichzeitig oder le­ diglich der Basiszone 64 ein Einstellstrom zugeführt wird.
Die dotierten Trennzonen können auch ersetzt werden durch Trennzonen, die durch eine wenigstens zum Teil im Halblei­ terkörper versenkte isolierende Schicht gebildet werden und die sich von der Oberfläche her bis an die Grenze der epitaktischen Schicht 62 mit dem Substrat 67 erstrecken. In diesem Fall können die Trennzonen und die isolierende Schicht 76 durch eine einzige versenkte isolierende Schicht gebildet werden.
Die injizierende Schicht 61 ist mit einem schematisch dar­ gestellten Anschluß 77 für die andere Klemme der Quelle 75 versehen. Ferner ist der dargestellte Strominjektor mit Mitteln zur Steuerung oder Einstellung des von der einzu­ stellenden Basiszone 64 zu empfangenden Einstellstroms versehen. Eine derartige Steuerung läßt sich z. B. mit Hilfe einer auf der Isolierschicht 78 oberhalb der Zwischen­ schicht 62a und/oder der vierten Schicht 62b anzubringen­ den isolierten Elektrode erhalten, deren Potential die Re­ kombination der Minoritätsladungsträger an der Oberfläche dieser Schichten beeinflußt. In dem vorliegenden Beispiel ist eine andere Möglichkeit zur Steuerung des Einstell­ stromes angewandt, und zwar eine Steuerung, bei der der Strom der dritten Schicht 63 des Strominjektors entzogen wird. Diese dritte Schicht 63 ist zu diesem Zweck mit einem leitenden Anschluß 79 versehen. Wenn die dritte Schicht z. B. über diesen Anschluß mit der vierten Schicht 62b oder der Zwischenschicht 62a kurzgeschlossen wird, wird die Spannung über den Übergängen 66 und 67 derart ge­ ring sein, daß die dritte Schicht 63 wohl sammelt, aber daß keine oder nahezu keine Injektion aus der dritten Schicht auftritt, so daß die Basiszone 64 keinen Einstell­ strom empfängt. Eine derartige Situation, in der ein oder mehrere Schaltungselemente der Schaltung keinen Einstell­ strom von dem Strominjektor empfangen, kann dauernd er­ wünscht sein, in welchem Falle der Übergang 66 und/oder der Übergang 67 einfach an der Oberfläche 73 mittels einer leitenden Schicht kurzgeschlossen werden können. Der Ein­ stellstrom für die Basiszone 64 kann aber auch zweitweilig ein- oder ausgeschaltet werden, wenn z. B. zwischen den An­ schlüssen 79 und 74 ein elektronischer Schalter angebracht wird. Ein derartiger Schalter ist in Fig. 6 schematisch mit dem Transistor 80 angegeben, dessen Basis 81 z. B. von einem weiteren Teil der Schaltung gesteuert werden kann und der sich einfach in dem Körper 60 integrieren läßt. Über den Transistor 80 kann selbstverständlich auch nur ein Teil des durch den Strominjektor fließenden, als Einstellstrom verfügbaren Stromes abgeführt werden. Der Transistor 80 bildet eine wenigstens zweitweise leitende Verbindung zwischen der dritten Schicht des fünffachhaltigen Strominjektors und einer daran angrenzenden Schicht des Strominjektors.
Die obenerwähnte Insel, die die Schicht des Strominjek­ tors enthält, kann eine einer Anzahl Transistoren gemein­ same Emitterzone bilden. Der dargestellte Transistor ist dann ein Mehrkollektortransistor mit zwei Kollektoren 69 und 70. Die injizierende Schicht 61 ist z. B. bandförmig geschaltet, wobei längs dieser bandförmigen Oberflächen­ zone mehrere in dem gezeigten Schnitt nicht sichtbare Ba­ siszonen nebeneinander angeordnet sind. Eine oder mehrere dieser Basiszonen können mit der injizierenden Schicht 61 und der durch die Insel gebildeten Zwischenschicht, welche Schichten gemeinsam sind, z. B. einen Dreischichtenstromin­ jektor bilden. Eine oder mehrere andere Basiszonen, unter denen die Zone 64, bilden einen Teil eines Fünfschichten­ strominjektors, indem sich zwischen der gemeinsamen inji­ zierenden Schicht 61 und den betreffenden Basiszonen die Schicht 63 erstreckt. Die Schicht 63 kann diesen einzu­ stellenden Basiszonen gemeinsam sein, aber kann auch aus gesonderten voneinander getrennten Teilen bestehen, so daß er Einstellstrom für jede dieser Basiszonen gesondert ge­ steuert werden kann.
Auch der gezeigten Insel, in der der Strominjektor und ein oder mehrere Transistoren angebracht sind, kann die inte­ grierte Schaltung noch andere gegeneinander isolierte In­ seln enthalten, in denen auf entsprechende Weise Schal­ tungselemente angebracht sind. Auch können sich in einer oder mehreren Inseln Schaltungselemente befinden, die auf übliche Weise und ohne Anwendung eines Strominjektors Ein­ stellstrom empfangen.
Ein großer Vorteil der beschriebenen Torschaltung nach der Erfindung ist der, daß sie mit sehr niedrigen Strömen und Spannungen und somit mit geringer Verlustleistung betrie­ ben werden kann. Die geringe Größe dieser logischen Sig­ nalspannungen und/oder -Ströme bedeutet aber, daß bei Kom­ bination mit logischen Schaltungen anderer Art, z B. TTL- oder MOST-Schaltungen, zu einem größeren Ganzen die Sig­ nalgröße angepaßt werden muß. Eine derartige Anpassung kann besonders einfach mit Hilfe eines Umkehrtransistors oder eines als Emitterfolger geschalteten Transistors er­ zielt werden. So kann z. B. der Transistor T₃₇ in Fig. 3 ein zusätzlicher Umkehrtransistor sein, dessen Kollektor z. B. über einen Widerstand mit einem Punkt verhältnismäßig hohen positiven Potentials verbunden ist. Die Spannungsän­ derungen an dem Ausgang Q können dann erheblich größer als die an dem eigentlichen Ausgang des Flip-flops, dem Kollektor des Transistors T₃₄, sein. Der durch die Schich­ ten 21, 10 und 37 gebildete Transistor T₃₇ kann auch mit der Oberflächenzone 37 als Emitter und der Schicht 21 als Kollektor verwendet werden. In diesem Falle bildet dieser Transistor einen Emitterfolger. Die Emitterzone 37 kann z. B. über einen Widerstand zu einem Punkt verhältnismäßig hohen negativen Potentials führen. Ein derartiger am Aus­ gang der Schaltung zu verwendender Emitterfolger ist in Fig. 7 durch den mit der Ausgangsklemme U verbundenen Transistor T₇₀ dargestellt. Der Transistor T₇₁ ist z. B. einer der Transistoren einer Torschaltung oder ein hinzuge­ fügter Umkehrtransistor, je nach dem gewünschten Ausgangs­ signal. In diesem Beispiel wird das logische Signal gerin­ ger Größe nicht unmittelbar, sondern über die Emitter- Kollektor-Strecke eines komplementären Transistors T₇₂ der Basis des Ausgangstransistors T₇₀ zugeführt, wodurch mehr Spannung aufgenommen werden kann und die Gefahr von Durch­ schlag geringer ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das Ausgangssignal dem Kollektor 99 des Transistors T₇₂ entnommen wird, in welchem Falle der Transistor T₇₀ weggelassen werden kann.
Fig. 8 zeigt, wie die Schaltung nach Fig. 7 in die inte­ grierte Schaltung nach der Erfindung aufgenommen werden kann. Der gemeinsame Körper weist ein niederohmiges n-lei­ tendes Halbleitersubstrat 90 mit einer hochohmigen n-lei­ tenden Oberflächenschicht 91 auf, in der eine Anzahl p-leitender Oberflächenzonen angebracht sind, die bis zu der Grenzfläche zwischen dem Substrat 90 und der Ober­ flächenschicht 91 reichen. Der Körper ist mit einem Strom­ injektor mit einer p-leitenden injizierenden Schicht 92, einer n-leitenden durch das Substrat 90 und die Oberflä­ chenschicht 91 gebildeten Zwischenschicht und zwei p-lei­ tenden einzustellenden Zonen, und zwar der Emitterzone 93 des Transistors T₇₂ und der Basiszone 94 des Transistors T₇₁, versehen. Dieser Strominjektor ist in Fig. 7 durch die beiden Stromquellen I₇₁ und I₇₂ dargestellt.
Der n-leitende Körper bildet zugleich den Emitter des Transistors T₇₁, die Basis des Transistors T₇₂ und den Kollektor des Transistors T₇₀. Ferner weist der Transistor T₇₁ einen Anschluß 95 an die Basiszone 94 und eine n-lei­ tende Kollektorzone 96 auf, die über eine auf der Isolier­ schicht 96 liegende Leiterbahn 98 mit dem Emitter des Transistors T₇₂ verbunden ist. Der Kollektor des Transi­ stors T₇₂ wird durch die p-leitende Zone 99 gebildet, die zugleich die Basiszone des Transistors T₇₀ ist. Der Tran­ sistor T₇₀ enthält ferner noch eine mit der Ausgangsklemme U verbundene n-leitende Emitterzone 100. An die p-leiten­ den Zonen 94 und 99 grenzen hochdotierte n-leitende Zonen 101 zur Einschränkung des vorerwähnten Ladungsverlustes.
Die injizierende Schicht 92 und die Zwischenschicht 90, 91 des Strominjektors sind mit einer Quelle 102 verbunden. Der Strominjektor liefert einerseits den Basiseinstell­ strom für den Transistor T₇₁ und andererseits den Haupt- oder Speisestrom für die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T₇₂ über den Körper oder den Haupt- oder Spei­ sestrom für die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T₇₁ über die Bahn 98. Wenn der Transistor T₇₁ leitend ist, sind die Transistoren T₇₂ und T₇₀ nicht leitend, was bei dem letzteren Transistor darauf zurückzuführen ist, daß infolge des nichtleitenden Zustandes des Transistors T₇₂ kein Basisstrom verfügbar ist. Die Spannung an der Klemme U ist dann praktisch gleich -V. Wenn der Transistor T₇₁ nichtleitend ist, fließt der Strom von der Stromquelle I₇₂ über den Transistor T₇₂ als Basisstrom zu dem Transistor T₇₀. Der Transistor T₇₀ ist leitend und die Spannung an der Klemme U ist praktisch gleich Null oder wenigstens klein im Vergleich zu der Spannung -V.
Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform einer integrier­ ten Schaltung mit komplementären Transistoren. Der Halb­ leiterkörper enthält ein Substrat 105 und eine epitakti­ sche Schicht 106. In der epitaktischen Schicht befindet sich eine Oberflächenzone 107 vom entgegengesetzten Leit­ fähigkeitstyp, die zugleich die Basiszone eines vertikalen Transistors und den Emitter eines lateralen komplementären Transistors bildet.
Der vertikale Transistor enthält einen Emitter 105, 106, eine Basis 107 und einen Kollektor 108, welcher Kollektor in diesem Falle durch eine metallhaltige Schicht, z. B. eine Aluminiumschicht, gebildet wird, die auf der Basiszone angebracht ist und mit dieser Basiszone einen Schottky- Übergang bildet. Im Zusammenhang mit der Bildung dieses Schottky-Übergangs ist die Oberflächenkonzentration der Dotierung in der Basiszone in diesem Falle kleiner als 10¹⁷ bis 10¹⁸ Atome/cm³. Der Schottky-Übergang 109 bildet den Kollektor-Basis-Übergang des Transistors. Der laterale Transistor enthält eine Emitterzone 107, eine Basiszone 105, 106, und eine Kollektorzone 110. Die Zone 107 und 110 sind zwei einzustellende Zonen, die zusammen mit der durch den Körper 105, 106 gebildeten Zwischenschicht und der in­ jizierenden Schicht 111 einen Dreischichtenstrominjektor bilden. Die beiden letzteren Schichten sind mit einer Quelle 112 zum Zuführen eines Einstellstroms verbunden. Zwischen den Kollektoren 108 und 110 ist eine schematisch angegebene Verbindung 113 hergestellt, während die Zone 107 mit einem Anschluß b versehen ist.
Das elektrische Ersatzschaltbild dieser integrierten Schaltung ist in Fig. 10 dargestellt, wobei der vertikale Transistor 106, 107, 108 mit T₉₀ und der laterale Transistor 107, 106, 110 mit T₉₁ bezeichnet ist. Der Strominjektor ist hier auch durch zwei Stromquellen I₉₀ und I₉₁ dargestellt.
Der vom Strominjektor der Basis des Transistors T₉₀ zuge­ führte Strom wird diesen Transistor in den leitenden Zu­ stand bringen. Infolgedessen wird der von dem Strominjek­ tor über den Körper der Kollektorzone des Transistors T₉₁ zugeführte Strom im wesentlichen von dieser Kollektorzone aus über die Verbindung 113 durch die Kollektor-Emitter- Strecke des Transistors T₉₀ fließen. Dadurch fällt die Spannung am Kollektor des Transistors T₉₁ unter die Span­ nung an der Elektrode b des Transistors T₉₀ ab, wodurch über den lateralen Transistor T₉₁ ein Strom zu fließen an­ fängt, der dem von dem Strominjektor der Basiszone 107 zu­ geführten Einstellstrom entzogen wird. Endgültig wird da­ bei ein Zustand erreicht, in dem nur noch ein geringer Bruchteil des der Zone 107 zugeführten Einstellstroms als Basisstrom durch den Transistor T₉₀ fließt, und zwar ein derart geringer Teil, daß dieser Transistor in seinem li­ nearen Arbeitsbereich betrieben wird. Bei einer derartigen Einstellung erfolgt nur eine Ladungsspeicherung (storage), die gerade genügend ist, um den Transistor in seinem stark leitenden Zustand zu betreiben.
Das Prinzip eines Strominjektors in vertikaler Ausführung zeigt Fig. 11. Die integrierte Schaltung be­ sitzt eine Halbleiterschicht 180, z. B. eine n-leitende Schicht, die z. B. einen Teil eines Substrats der Schaltung bilden kann. Auf einer Seite dieser Schicht befindet sich ein injizierender Kontakt in Form der p-leitenden Schicht 181. Zwischen der Schicht 180 und dem injizierenden Kon­ takt 181 ist eine Quelle 182 angeschlossen, mit der der gleichrichtende Übergang zwischen der Schicht und dem Kon­ takt in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Die infol­ gedessen in die Schicht 180 injizierten Ladungsträger, in diesem Falle Löcher, können, vorausgesetzt, daß die Dicke der Schicht nicht zu groß ist und z. B. nicht mehr als eine Diffusionslänge beträgt, die dem injizierenden Kontakt ge­ genüber auf der anderen Seite der Schicht 180 liegende p- leitende Schicht 183 erreichen. Die Schicht 183 nimmt da­ durch ein positives Potential in bezug auf die n-leitende Schicht 180 an. Auf diese Weise ist auf der gegenüberlie­ genden Seite der Schicht 180 eine Energiequelle erhalten, die Strom liefern kann und die mit einem oder mehreren Schaltungselementen, z. B. dem Schaltungselement 184, ver­ bunden werden kann. Diese Verbindung kann über einen Lei­ ter 185 oder über eine innere, im Halbleiterkörper liegende Verbindung erhalten werden.
Wenn ferner eine Verbindung zwischen dem Schaltungselement 184 und der Schicht 180 angebracht wird, kann der von dem Strominjektor gelieferte Strom, z. B. als Speisestrom, das Schaltungselement durchfließen. Eine derartige Verbindung kann wieder über einen Leiter oder z. B. auch dadurch er­ halten werden, daß die Schicht 180 selber einen Teil des Schaltungselements 184 bildet. Z. B. ist das Schaltungsele­ ment ein Transistor, dessen Emitter durch die Schicht 180 gebildet wird. Der Transistor enthält ferner die schema­ tisch dargestellte Basiszone 186 und die Kollektorzone 187. Auch kann die Schicht 180 eine einer Anzahl Transi­ storen in geerdeter Emitterschaltung gemeinsame Emitter­ zone sein.
Dadurch, daß der Basiszone 186 gegenüber ein in der Figur gestrichelt dargestellter zweiter injizierender Kontakt 188 angebracht wird, wird ein zweiter Strominjektor 188 180, 186 erhalten, der den benötigten Basiseinstell­ strom liefern kann. Auf diese Weise wird der ganze Ein­ stellstrom für den Transistor mit Hilfe derselben äußeren Quelle 182 über Strominjektoren zugeführt, wobei für diese Stromzuführung auf der Seite der Schicht, auf der sich die Schaltungselemente befinden, praktisch keine Verdrahtung benötigt wird. Außerdem kann die Schicht 180 geerdet sein, wobei der Einstellstrom durch die geerdete Schicht 180 hindurch dem Schaltungselement zugeführt wird.
In der Ausführungsform nach den Fig. 12 und 13 weist die injizierende Schicht die Form einer gitterförmigen Oberflächenzone 140 auf, die an die Seite 141 des Körpers 142 grenzt. In den an der Oberfläche 141 von der gitter­ förmigen Oberflächenzone vom einen Leitfähigkeitstyp 140 umgebenen Teilen 143a des Gebietes 143 vom entgegenge­ setzten Leitfähigkeitstyp befinden sich einzustellende Zonen 144, die die Basiszonen von Dreischichtentransistoren 143, 144, 145 bilden.
Das Gebiet 143, das die Zwischenschicht des Strominjektors bildet, enthält ein niederohmiges Substrat und eine in Teile 143a und 143c unterteilte hochohmige Oberflächen­ schicht. Diese Unterteilung wird mit Hilfe der gitterför­ migen injizierenden Schicht 140 erhalten, die von der Oberfläche 141 bis zu oder bis in das Substrat 143b reicht. In den hochohmigen Teilen 143a und 143c können, wie angegeben ist, Transistoren oder auch andere Schal­ tungselemente angebracht werden. Ferner können diese Teile verschieden groß sein und können in einem oder mehreren Teilen mehrere Schaltungselemente nebeneinander angebracht werden.
Die Anwendung einer gitterförmigen Oberflächenzone 140 als injizierende Schicht des Strominjektors ergibt u. a. den Vorteil, daß der Reihenwiderstand in einer derartigen Zone niedrig sein kann. Aus demselben Grunde kann für die inji­ zierende Schicht eine größere Eindringtiefe und/oder eine höhere Dotierungskonzentration als für die Basiszone 144 angewendet werden. Die höchstzulässige Dotierungskonzen­ tration der Basiszonen 144 ist nämlich beschränkt, u. a. dadurch, daß in diesen Zonen meistens noch Zonen 145 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht werden müssen. Zwischen der injizierenden Schicht 140 und der Zwischenschicht 143 des Strominjektors kann eine Gleichstromquelle 146 angeschlossen werden. Sowohl für dieses Beispiel als auch für die anderen Beispiele gilt, daß eine derartige Quelle erwünschtenfalls von einer Kapazität 147 überbrückt werden kann, um die Anschlüsse 148 und 149 für Wechselspannung kurzzuschließen.
Eine weitere Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung enthält einen oder mehrere Dreischich­ tentransistoren 150, 151, 152a, b, wie in den Fig. 14 und 15 dargestellt. In der Basiszone 151, die z. B. p-lei­ tend ist, erstreckt sich außer der n-leitenden Emitter- oder Kollektorzone 150 noch eine n-leitende Zone 153, die ihrerseits eine weitere p-leitende Oberflächenzone 154 um­ gibt. Diese Zone 153 und 154 bilden die Zwischenschicht bzw. die injizierende Schicht des Strominjektors. Ferner sind in Fig. 16 mit gestrichelten Linien Öffnungen in der auf der Halbleiteroberfläche liegenden Isolierschicht 158 angegeben, über die die Zonen 150, 151, 153, und 154 zum elektrischen Anschluß mit Leiterbahnen verbunden werden. Die injizierende Schicht 154 und die Zwischenschicht 153 des Strominjektors werden mit den in Fig. 17 schematisch dargestellten Anschlüssen 155 bzw. 156 zum Anschließen einer Quelle 157 versehen. Die vorliegende Ausführungsform ist besonders geeignet, wenn nur eines oder einige der Schaltungselemente einer Schaltung einen Einstellstrom von einem Strominjektor zu empfangen brauchen. Die Zwischen­ schicht 153 kann auch direkt mit dem Gebiet 152a, b des Transistors verbunden werden, z. B. dadurch, daß die Zwi­ schenschicht 153 an der Halbleiteroberfläche bis zu oder bis in die niederohmige Zone 152a reicht. Dadurch wird Raum erspart, während außerdem der Anschluß 156 dann er­ wünschtenfalls auf der Unterseite des Substrats 152b ange­ bracht werden kann.
Die beschriebenen Beispiele zeigen, daß durch Anwendung der Erfindung große Vorteile erhalten werden. In der logi­ schen Schaltung wird eine hohe Packungsdichte der aktiven Elemente erreicht, während Widerstände praktisch völlig überflüssig sind. Die Emitter der verwendeten Transistoren sind meistens direkt miteinander verbunden, so daß das Muster von Leiterbahnen verhältnismäßig einfach ist, wobei die Kollektoren außerdem automatisch voneinander getrennt sind. Ferner können auf einfache Weise Mehrkollektoren­ transistoren verwendet werden, wodurch viel Raum und eine Anzahl von Leiterbahnen erspart werden. Beim Betrieb ist es noch besonders günstig, daß alle mittels des Strominjek­ tors zugeführten Einstellströme sich auf gleiche Weise mit der Spannung über dem injizierenden Übergang ändern, wo­ durch die Wirkung der integrierten Schaltung von dem Strompegel praktisch unabhängig ist, so daß eine sehr ge­ ringe Störanfälligkeit erreicht wird.
Es dürfte einleuchten, daß in den beschriebenen Schaltungen insbesondere diejenigen Ströme mit Hilfe des Stromin­ jektors zugeführt werden, die vorhanden sein müssen, damit etwaige Information enthaltende Signalströme oder -Span­ nungen verarbeitet werden können. Diese z. B. als Bereit­ ströme zu bezeichnenden Ströme umfassen bei Bauelementen wie logischen Konfigurationen und Kippschaltungen all die­ jenigen Ströme, die in dem statischen oder in dem dynami­ schen Zustand des Bauelements vorhanden sein müssen, damit das Bauelement bereit ist, d. h., daß bei Zufuhr von Infor­ mation zu dem Eingang, erforderlichenfalls in Verbindung mit einem Wählsignal, diese Information aufgenommen werden kann, daß diese Information, gegebenenfalls nach Auswahl, auf den Ausgang übertragen werden kann.
Die beschriebenen Ausführungsformen können alle völlig durch in der Halbleitertechnik übliche Techniken, wie Epi­ taxie, die Anbringung vergrabener Schichten, die örtliche Dotierung mittels Diffusion und/oder Ionenimplantation, die mustergemäße Anbringung isolierender, maskierender und leitender Schichten usw., hergestellt werden. Ferner kön­ nen die beschriebenen integrierten Schaltungen auf übliche Weise in üblichen Umhüllungen fertigmontiert werden. Zur näheren Verdeutlichung wird nachstehend die Herstellung des ersten Beispiels, des Flip-flops nach den Fig. 1 bis 5, kurz beschrieben.
Es wird von einem Siliciumsubstrat 21a (Fig. 2) z. B. vom n-Leitfähigkeitstyp und einem spezifischen Widerstand zwi­ schen 0,005 und 0,015 Ω·cm ausgegangen. Auf diesem Sub­ strat wird eine n-leitende epitaktische Siliciumschicht 21b mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 0,2 bis 0,6 Ω·cm und einer Dicke von z. B. etwa 5 µm angebracht. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Stromverstär­ kungsfaktor β der verwendeten integrierten Transistor­ struktur u. a. von dem spezifischen Widerstand der epitak­ tischen Schicht abhängig ist. Wenn bei einem spezifischen Widerstand von etwa 0,1 Ω·cm der Faktor etwa 20 beträgt, ist bei den gleichen p- und n-Typ Diffusionen bei einem spezifischen Widerstand von etwa 0,6 Ω·cm der Faktor β etwa 10, wobei bemerkt werden kann, daß mit Rücksicht auf eine betriebssichere Wirkung der Schaltung in der Praxis für den Faktor β ein Wert von 3 oder höher erwünscht ist.
Anschließend wird eine Diffusionsbehandlung unter Verwen­ dung einer Maskierungsschicht aus z. B. Siliciumdioxid und mit Phosphor als Verunreinigung durchgeführt, um die nie­ derohmigen n-leitenden Teile 21c zu erhalten. Die Ober­ flächenkonzentration in diesen Teilen beträgt z. B. 10²¹ Atome/cm³. Die Öffnungen, durch die diese Phosphordotie­ rung in den Halbleiterkörper eingeführt wird, weisen eine Anzahl paralleler Ausläufer auf, derart, daß zwischen zwei benachbarten Ausläufern stets genügend Raum vorhanden ist, um bei einer folgenden Bearbeitung darin eine Basiszone der gewünschten Größe anbringen zu können. Ferner werden zwei dieser Öffnungen verwendet, wobei die Ausläufer dieser Öffnungen einander zugewandt sind und miteinander fluchten. Der Abstand zwischen den Enden einander gegen­ überliegender Ausläufer wird gleich oder etwa kleiner als der Abstand gewählt, der endgültig zwischen den einander gegenüber liegenden Basiszonen, z. B. den Zonen 5 und 10, gewünscht wird. Dann können auf übliche Weise durch Diffu­ sion über Öffnungen der gewünschten Größe in einer Maskie­ rungsschicht gleichzeitig die Basiszonen 1 bis 10 und die injizierende Schicht 20 angebracht werden. Im vorliegenden Beispiel besteht das Maskierungsmuster aus zwei parallelen Streifen, die sich in einer Richtung quer zu den inzwi­ schen erhaltenen n⊕-leitenden Ausläufern erstrecken und die dabei größtenteils in dem Zwischenraum zwischen den einander gegenüberliegenden Ausläufern liegen und auf je einer Seite die Enden dieser Ausläufer etwa überlappen oder wenigstens diese berühren. Die Breite dieser Streifen entspricht dem gewünschten Abstand zwischen jeder der Ba­ siszonen und der injizierenden Schicht. Danach wird über die ganze freie Oberfläche z. B. Bor z. B. bis zu einer Tiefe von 2,5 µm eindiffundiert, wobei der Quadratwiderstand z. B. etwa 150 Ω beträgt. Zwischen den beiden Maskierungs­ schichten wird dann die injizierende Schicht gebildet, während ferner die voneinander getrennten Basiszonen 1 bis 10 erhalten werden, weil die Oberflächenkonzentra­ tion bei dieser Diffusionsbehandlung ungenügend ist, um den Leitfähigkeitstyp der bereits vorhandenen n⊕-leitenden Teile 21c zu ändern. Auf diese Weise grenzen die Basiszonen automatisch direkt an die n⊕-leitenden Teilzonen 21c, wobei sie je auf drei Seiten von einem U-förmigen n⊕-lei­ tenden Gebiet umgeben sind.
Auf übliche Weise werden die Kollektorzonen 22-37 ange­ bracht, z. B. durch örtliche Diffusion von Phoshopr bis zu einer Tiefe von etwa 1,5 µm und mit einem Quadratwiderstand von etwa 5 Ω, wonach Kontaktöffnungen in die Isolier­ schicht geätzt werden können und das Muster von Leiter­ bahnen 14 z. B. dadurch angebracht werden kann, daß eine Aluminiumschicht aufgedampft und anschließend geätzt wird. Die Breite der injizierenden Schicht 20 beträgt z. B. etwa 20 µm. Der Abstand der injizierenden Schicht 20 von jeder der Basiszonen ist etwa 8 mm. Die Abmessungen der Basis­ zonen 5 sind z. B. etwa 50 µm×80 µm, während die Abmessun­ gen der Kollektorzone 33 20 µm×20 µm betragen. Die Breite der n⊕-leitenden Ausläufer zwischen benachbarten Basiszonen kann z. B. 10 µm sein.
Wenn völlig oder teilweise statt der niederohmigen Teil­ zonen 21c eine versenkte Isolierschicht verwendet wird, kann diese z. B. durch örtliche Oxidation unter Verwendung einer z. B. aus Siliciumnitrit bestehenden Maskierungs­ schicht erhalten werden.
Wenn vergrabene Schichten verwendet werden (siehe z. B. die Fig. 6, können diese z. B. mit Arsen mit einer Oberflä­ chenkonzentration von etwa 10¹⁹ Atomen/cm³ und einem Qua­ dratwiderstand von etwa 20 Ω dotiert sein. Auch können z. B. die vergrabenen Schichten höher als die einzu­ stellenden Basiszonen 64 dotiert sein, was besonders vor­ teilhaft sein kann, wenn diese vergrabenen Schichten einen Teil der Emitterzone des betreffenden Transistors bilden.
Es ist einleuchtend, daß sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern daß im Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Abwand­ lungen möglich sind. So können z. B. andere Halbleitermate­ rialien, wie Germanium und AIIIBV-Verbindungen oder Kombinationen von Halbleitermaterialien, bei denen z. B. das Substrat aus einem anderen Halbleitermaterial als die Oberflächenschicht, in der sich die Schaltungselemente be­ finden, besteht, verwendet werden. Ferner können die Leit­ fähigkeitstypen in den beschriebenen Beispielen durch die entgegengesetzten ersetzt werden, wobei auch die Polaritäten der Spannungen umgekehrt werden müssen. Auch kann die integrierte Schaltung z. B. mit einem oder mehreren opti­ schen Signaleingängen und/oder -Ausgängen versehen sein. Z. B. kann ein eingehendes optisches Signal mittels einer in die Schaltung aufgenommenen Photodiode oder eines Pho­ totransistors in ein elektrisches Signal umgewandelt wer­ den, das dann als Eingangssignal für einen weiteren Teil der Schaltung dienen kann. Als injizierende Schicht kann z. B. auch eine durch eine sehr dünne Isoliermaterial­ schicht von der Zwischenschicht des Strominjektors ge­ trennte Schicht verwendet werden, wobei Tunnelinjektion benutzt wird, wodurch Ladungsträger aus der leitenden Schicht durch die dünne Isolierschicht hindurch als Mino­ ritätsladungsträger an die Zwischenschicht des Strominjek­ tors gelangen.
Der Strominjektor kann z. B. aus vier oder wenigstens aus einer geraden Anzahl von Schichten bestehen, obgleich vor­ zugsweise ein Strominjektor mit einer ungeraden Anzahl von Schichten verwendet wird. Auch bei Strominjektoren mit vier oder mehr Schichten fällt außer der einzustellenden Zone vorzugsweise höchstens eine weitere Zone des be­ treffenden Schaltungselements mit einer Schicht des Strom­ injektors zusammen.
Ferner können bei einem Strominjektor mit z. B. sieben Schichten die dritte und die fünfte Schicht unabhängig voneinander zur Regelung des der einzustellenden Zone zu­ zuführenden Einstellstroms benutzt werden. Die dritte und die fünfte Schicht des Strominjektors können dann z. B. als die beiden Eingänge eines Und-Gatters betrachtet werden, von dem ein Ausgang dann durch die einzustellende Zone ge­ bildet wird.
Auch können mit Hilfe des Strominjektors auf entsprechende Weise Zonen von anderen Schaltungselementen als den ge­ zeigten Bipolartransistoren, wie Zonen von Dioden und Feldeffekttransistoren, einen Einstellstrom empfangen. Außerdem können mit Hilfe des Strominjektors z. B. Torelek­ troden von Feldeffekttransistoren, insbesondere von Feld­ effekttransistoren mit einer niedrigen Schwellwert­ spannung, gesteuert werden. Im allgemeinen kann mit der Größe der Fläche der injizierenden Teile des injizierenden Übergangs das Verhältnis zwischen den, den unterschied­ lichen einzustellenden Zonen zugeführten Einstellströmen beeinflußt werden. Bei Anwendung eines lateralen Stromin­ jektors nach Fig. 1 ist das Verhältnis zwischen den ver­ schiedenen einzustellenden Zonen zugeführten Einstellströ­ men dem Verhältnis zwischen den Längen der der injizierenden Schicht 20 zugewandten Teile der PN-Übergänge zwischen den betreffenden einzustellenden Basiszonen und der Zwi­ schenschicht 21 proportional. Im Beispiel nach Fig. 1 ist der verfügbare Einstellstrom für jede Basiszone gleich groß. Andere Verhältnisse können in diesem Beispiel ein­ fach mit Hilfe von Längenunterschieden in der Struktur festgelegt werden. Auf diese Weise kann z. B. der oder die Transistor(en) am elektrischen Eingang der integrierten Schaltung und bzw. oder der oder die Transsitor(en) am elektrischen Ausgang des Bauelementes einen relativ hohen Einstellstrom zugeführt werden um damit die Störanfällig­ keit an den Ein- und/oder den Ausgängen der Schaltung zu verringern. Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Störanfälligkeit ist die Anwendung eines höheren Stromver­ stärkungsfaktor β an den gewünschten Stellen. Eine solche relativ hohe Stromverstärkungsfaktor kann durch Verwendung einer relativ großen Kollektorzone erzielt werden. Z. B. können wo nötig Kollektorzonen von 40 µm×20 µm statt 20 µm×20 µm wie im Beispiel nach Fig. 1, verwendet werden. Die Breite der Basiszone kann dabei von 50 µm zum Beispiel auf 70 µm vergrößert werden.
Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zum Erhalten von Ein­ stellströmen verschiedener Größe ist die Verwendung unter­ schiedlicher Abstände zwischen dem injizierenden gleich­ richtenden Übergang des Strominjektors einerseits und den betreffenden einzustellenden Zonen andererseits. Je größer der Abstand der injizierenden Schicht und der einzu­ stellenden Zone desto größer ist die effektive Weglänge der injizierten Minoritätsladungsträger und desto kleiner ist der von der einzustellenden Zone empfangene Einstell­ strom. Insbesondere bei Anwendung eines lateralen Strominjektors können auch in dieser Weise vorausbestimmte Verhältnisse zwischen den gewünschten Einstellströmen einfach in der Struktur der integrierten Schaltung festgelegt werden.
Weiter können eine oder mehrere Schichten des Strominjek­ tors, statt durch Dotierung erhalten zu werden, in dem Halbleiterkörper z. B. mit Oberflächenzuständen und/oder Ladungen in einer Isolierschicht und/oder mit Hilfe einer auf der Isolierschicht liegenden Elektrodenschicht indu­ ziert werden. Z. B. kann in dem beschriebenen Fünfschich­ tenstrominjektor die dritte Schicht durch eine induzierte Inversionsschicht gebildet werden. Auch können eine oder mehrere Schichten des Strominjektors aus einer Kombination eines durch Dotierung erhaltenen Teiles und eines mit diesem zusammenhängenden induzierten Teiles bestehen. Z. B. kann, wenn der Abstand zwischen einem durch Dotierung er­ haltenen injizierenden und einem durch Dotierung erhalte­ nen kollektierenden Übergang im Strominjektor verhältnis­ mäßig groß ist, so daß in diesem Teil des Strominjektors keine oder nur eine geringe Stromübertragung stattfindet, dieser Abstand dadurch herabgesetzt werden, daß eine oder beide Schichten an der Oberfläche auf einer der anderen Schicht zugekehrten Seite mit einer Inversionsschicht er­ weitert werden.
Bei Anwendung der beschriebenen induzierten invertierten Schichten kann, insbesondere wenn sie mit Hilfe einer iso­ lierten Elektrodenschicht erhalten werden, der den einzu­ stellenden Zonen zuzuführende Einstellstrom auch mittels der Spannung an der Elektrodenschicht gesteuert werden.
Aus den beschriebenen Beispielen geht hervor, daß die in­ tegrierten Schaltungen eine neue, gedrängte Struktur auf­ weisen. Vorzugsweise kennzeichnet sich diese neue Struktur durch das Vorhandensein eines an einer Oberfläche grenzen­ den Halbleitergebietes vom einen Leitfähigkeitstyp, in dem sich eine langgestreckte streifenförmige Oberflächenzone vom anderen Leitfähigkeitstyp erstreckt, die z. B. einen eines Kanalsystems oder eines Gitters bildet und die mit dem angrenzenden Gebiet einen PN-Übergang bildet, wobei auf mindestens einer der langen Seiten dieser streifenför­ migen Zone mehrere nebeneinander liegende voneinander und von der streifenförmigen Zone getrennte Oberflächenzonen vom anderen Leitfähigkeitstyp an die Oberfläche grenzen, die einzustellende Zonen von Schaltungselementen der Schaltung und insbesondere einzustellende Basiszonen von Bipolartransistoren bilden, wobei das Gebiet und die streifenförmige Oberflächenzone mit je einem Anschluß ver­ sehen sind, um den erwähnten PN-Übergang zum Injizieren von Minoritätsladungsträgern in das Gebiet in der Durch­ laßrichtung einzustellen, wobei die einzustellenden Zonen durch Sammlung von Minoritätsladungsträgern aus dem Gebiet über die PN-Übergänge, die dieses Gebiet mit den einzu­ stellenden Zonen bildet, einen Einstellstrom empfangen.

Claims (9)

1. Integrierte Schaltung mit logischen Gattern mit einem Halbleiterkörper, bei der
  • a) mehrere Transistoren nebeneinander an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers angeordnet sind
  • b) jeder dieser Transistoren einen Hauptstromweg zwischen einer ersten (62f) und einer zweiten (69; 70) Hauptelektro­ denzone und eine Steuerelektrodenzone (64) zur Steuerung des Stromdurchganges durch den Hauptstromweg enthält,
  • c) die Transistoren eine gemeinsame erste Hauptelektroden­ zone (62f) aufweisen, die durch ein gemeinsames erstes Ge­ biet (62) von einem ersten Leitungstyp gebildet wird,
  • d) Kombinationen der Transistoren logische Gatterschaltun­ gen bilden, wobei die Hauptstromwege der zu derselben Kom­ bination gehörenden Transistoren einander parallel ge­ schaltet sind,
  • e) die Steuerelektrodenzone (64) jedes der Transistoren durch eine an das erste Gebiet grenzende Oberflächenzone von einem zweiten Leitungstyp gebildet wird,
  • f) jede der Steuerelektrodenzonen (64) als letzte Schicht einen Teil einer Dreischichtenstruktur (63, (62)b, (64) eines als Einstellstromquelle dienenden Strominjektors bildet,
  • g) der Strominjektor eine erste injizierte Schicht (51) aufweist, die banförmig ausgebildet ist,
  • h) die Dreischichtenstruktur weiter eine erste Schicht (63) und eine mittlere Schicht (62b) enthält, die durch einen ersten gleichrichtenden Übergang (67) von der ersten Schicht und durch einen zweiten gleichrichtenden Übergang (68) von der letzten Schicht getrennt ist,
  • i) der erste gleichrichtende Übergang (67) der Dreischich­ tenstruktur zum Zuführen von Ladungsträgern an die letzte Schicht (64) in Durchlaßrichtung polarisierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • m) das gemeinsame erste Gebiet (62) als eine erste Insel ausgeführt ist, die sich zusammen mit mindestens einer zweiten Insel auf einem den Inseln gemeinsamen Substratgebiet (71) des Halbleiterkörpers erstreckt,
  • n) die erste (62) und die zweite Insel von einer Trennzone (72) in seitlicher Richtung begrenzt und gegenseitig isoliert sind, und
  • o) sich in mindestens einer Insel Schaltungselemente be­ finden, die ohne Anwendung eines Strominjektors Einstellstrom empfangen (Fig. 6),
  • k) an wenigstens einer der langen Seiten dieser bandför­ migen Oberflächenschrift (61) mehrere der Steuerelektrodenzonen (64) nebeneinander angeordnet sind,
  • l) die Steuerelektrodenzone (64) im wesentlichen recht­ eckige Zonen sind, die mit ihren kurzen Seiten parallel zu der bandförmigen Schicht (61) angeordnet sind.
2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sperrzonen (76) vorgesehen sind, die sich von der Oberfläche her in die erste Insel erstrecken und wenigstens zwi­ schen den Steuerelektrodenzonen (64) angeordnet sind.
3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzonen (76) von höher dotierten Oberflächenzonen gebildet werden.
4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzonen (76) aus einem Isoliermaterial gebildet sind.
5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzonen (76) U-förmige Teile aufweisen, die je eine der Steuerelektrodenzonen (54) auf drei Seiten umgeben.
6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Teile an ihren offenen Enden so von der ersten Schicht (63) abgeschlossen sind, daß die Steuerelektrodenzonen (64) praktisch völlig von einer Kombi­ nation aus einem Teil der ersten Schicht und der Sperrzone (76) umgeben sind.
7. Integrierte Schaltung nach mindestens einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Substratgebiet vom zweiten Leitungstyp ist und an der Grenze zwischen diesem Substratgebiet und dem gemeinsamen ersten Gebiet sich eine örtlich angebrachte, vergrabene Schicht vom ersten Leitungstyp und einer höheren Dotierungskonzentration als ein gemeinsamer Teil des angrenzenden ersten Gebietes vorhanden ist.
8. Integrierte Schaltung nach mindestens einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich mehrere erste Inseln, in denen auf entsprechende Weise Schaltungselemente angebracht sind, auf dem gemeinsa­ men Substratgebiet erstrecken.
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