DE2635800A1 - Gatterschaltung mit mehreren logischen elementen - Google Patents

Description

Gatterschaltung mit mehreren logischen Elementen

Die Erfindung betrifft eine Gatterschaltung, die aus einer Kombination von mehreren logischen Schaltungen besteht, welche auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

Vor nicht langer Zeit erregte ein logisches Schaltungselement Aufmerksamkeit, d,h₀ das integrierte Injektions-Logikelement (I L), welches einfacher konstruiert ist, einfacher hergestellt werden kann, in größerem Ausmaß integriert ausgeführt werden kann und einen geringeren Stromverbrauch hat als eine herkömmliche logische Schaltung wie beispielsweise DTL (Direct Transistor Logic), TTL (Transistor Transistor Logic) oder CML (Current Mode Logic), und es läßt sich eine Gatterschaltung durch die Verwendung derartiger I L-Elemente herstellen,.

Es ist bekannt, daß bei einem I L-Element auf dem N-Leitfähigkeitstyp-Halbleitersubstrat eine N leitende Epitaxialschicht auflamelliert wird, die eine geringere Verunreinigungskonzentration besitzt als das Substrat, wobei die Epitaxialschicht erste

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und zweite P-Leittypzonen besitzt, deren Verunreinigungs-

17 1Q konzentration sich in der Größenordnung von ca. 10 ' bis 10 ^ Atomen/cm bewegt. In der ersten P-Leitfähigkeitszone ist eine dritte N-Zone ausgebildet, und zwar mit einer Verunreinigungskonzentration von 10 bis 10 Atomen/cm . Es sei darauf hingewiesen, daß die Verunreinigungskonzentration der Epitaxialschicht auf einen kleineren Wert eingestellt ist als die Verunreinigungskonzentration der P-Leitfähigkeitszonen.

Das zuvor erwähnte herkömmliche I L-Element besteht aus einem Seiten-PNP-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor durch die zweite P-Zone, die Epitaxialschicht und die erste P-Zone gebildet werden, und besteht weiter aus einem Vertikal-NPN-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor durch die Epitaxialschicht, die erste P-Zone und die dritte N-Zone gebildet werden.

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Wenn bei dem herkömmlichen I L-Element eine vorwärtsgerichtete Spannung an einen PN-Übergang angelegt wird, und zwar zwischen die zweite P-Zone und die N-Leittyp-Epitaxialschicht, so werden positive Löcher in die erste P-Zone von der zweiten P-Zone über die Epitaxialschicht injiziert. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Eingangssignal mit einem logischen Wert von "1" der Basiszone (die erste P-Zone) des Vertikaltransistors zugeführt wird,

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der eine Eingangszone des I L-Elements darstellt, so wird der Emitterstrom Ig , der von der Emitterzone (der zweiten P-Zone) des basisgeerdeten Seitentransistors geliefert wird, mit otPNP multipliziert, was den Stromverstärkungsfaktor des Seitentransistors darstellt (d.h. also Ig χ <Xp$rp), und dieser Strom fließt in der ersten P-Zone, welche die Kollektorzone des Seitentransistors bildet und fortwährend als Basiszone des Vertikaltransistors wirkt. Als Ergebnis wird der Vertikaltransistor in den leitenden Zustand gebracht, wobei eine Ausgangs-

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zone des I L-Elements, nämlich die Kollektorzone des Vertikaltransistors (die dritte N-Zone) einen logischen Wert von ¹¹O" erreicht. Es sei darauf hingewiesen, daß das Erzeugen des Kollektorstromes in dieser Kollektorzone bis zu einem Maximalwert stattfinden kann, der durch Multiplizieren des Basisstromes des Vertikal-NPN-Transistors mit ßmpjr erhalten wird, wobei diese Größe den Stromverstärkungsfaktor dieses NPN-Transistors darstellt.

Wenn ein Eingangssignal mit einem logischen Wert von "0" der Basiszone des Vertikaltransistors zugeführt wird, so fließt der Emitterstrom desselben über einen Eingangsanschluß heraus und wird nicht zu einem Basisstrom des.Vertikal-NPN-Transistors, Der Vertikaltransistor wird daher nicht-leitend, und die Ausgangszone, doho die Kollektorzone des Vertikaltransistors erreicht einen logischen Wert von "1"·

Wie sich aus der vorangegangenen Erläuterung der Betriebsweise erkennen läßt, stellt dieses I L-Element einen Inverter dar, dessen Ausgangsgröße zu ⁿ0ⁿ gegenüber einem Eingang von "1" wird und dessen Ausgang zu "1" gegenüber einem Eingang von "0" wird.

Darüber hinaus wird der Stromverbrauch des zuvor erläuterten

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I L-Elements stark durch die Kennlinien des Seiten-PNP-Transistors beeinflußt, d„h. dem Stromverstärkungsfaktor ⁰^pMp des basisgeerdeten Transistors, und je mehr sich der Faktor oCpjjp der Einheit nähert, desto kleiner wird der Stromverbrauch, Schließlich wird auch die maximale Betriebsgeschwindigkeit, die Frequenzeigenschaften, Fan-out, Rauschgrenze usw. des Vertikaltransistors, der als Inverterelement arbeitet, durch die Kennlinien des Vertikal-NPN-Transistors beeinflußt, speziell durch den geerdeten Emitterstromverstärkungsfaktor ßjjp_N und das Verstärkungs-Bandbreiteprodukt f_T von diesem. Es ist

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daher bei diesem I L-Element wichtig, die jeweiligen Stromverstärkungsfaktoren der Seiten-PNP- und Vertikal-NPN-Transistoren zu erhöhen und gleichzeitig das Verstärkungs-Bandbreite■ Produkt des Vertikal-NPN-Transistors f™.

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Bei dem herkömmlichen I L-Element ist es auf relativ einfache Weise möglich, das Verhältnis der Verunreinigungskonzentration zwischen der Emitter- und Basiszone des Seiten-PNP-Transistors auf einen geeigneten Wert einzustellen und die Dichte des Rekombinationszentrums innerhalb der Basiszone zu vermindern· Dort jedoch, wo die Basiszone so ausgebildet ist, daß man eine schmale Basisbreite erhält mit dem Ziel, den Trägerübertragungswirkungsgrad zu verbessern, wird das Verschmälern dieser Basisbreite durch eine Photoätztechnik eingeschränkt, insbesondere durch Maskenpräzision, so daß daher zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Basisbreite auf einen Bereich von 5 bis 10 um beschränkt ist„ Da darüber hinaus die Emitter- und Kollektorzonen durch Diffusion in die N-leitende Epitaxialschicht hergestellt werden, und zwar derart, daß sie sich einander gegenüberliegen, wird der Intervall zwischen den sich gegenüberliegenden Diffusionsseitenflächen beider Zonen verbreitert, und zwar in Tiefenrichtung, und diese Verbreiterung erreicht die Form eines umgekehrten Horns oder Trichters. Das bedeutet also, daß die Basisbreite der Basiszone, die zwischen der Emitterzone und der Kollektorzone ausgebildet ist, vergrößert wird, so daß dadurch der Trägerübertragungswirkungsgrad stark vermindert wird. Aufgrund des DiffusionsVerlaufs entsprechend einem umgekehrten Trichter verläuft die Neigung der Verunreinigungskonzentration an der Übergangsfläche zwischen den Emitter- und Basiszonen sehr weich oder sanft, und es wird als Folge hiervon der Injektionswirkungsgrad der Träger in die Basiszone vermindert. Es ergaben sich aus diesem Grund auch

2 extreme Schwierigkeiten bei der Herstellung des I L-Elements unter Verwendung der herkömmlichen Struktur, so daß der Seiten-PNP-Transistor einen großen Stromverstärkungsfaktor erreicht.

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Im Falle des Vertikal-NPN-Transistors stellt die N-Epitaxialschicht eine Emitterzone dar, und die durch doppelte Diffusion in dieser Emitterzone ausgebildeten Zonen werden jeweils als Basis- und Kollektorzonen verwendet. Obwohl es daher relativ einfach ist, die Basisbreite zu verschmälern, muß die Emitterzone eine geringere Verunreinigungskonzentration als die Basiszone aufweisen. Da darüber hinaus ein Verzögerungsfeld an die in die Basiszone injizierten Träger angelegt wird, und zwar aufgrund der Neigung oder des geneigten Verlaufs der Verunreinigungskonzentration, wird der Injektionswirkungsgrad vermindert, und es ergibt sich eine extreme Verminderung des Stromverstärkungsfaktors eines sog. "rückwärtswirkenden" Transistors, dessen Emitterzone durch die N-Epitaxialschicht gebildet ist.

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Da weiter bei dem herkömmlichen I L-Element die jeweiligen Teile der Zonen, welche den Seiten-PNP-Transistor und den Vertikal-NPN-Transistor ausmachen, gemeinsam verwendet werden, würde selbst dann, wenn das Verhältnis der Verunreinigungskonzentration zwischen diesen Zonen so ausgelegt ist, daß eine Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors eines Transistors ermöglicht wird, dies einen Abfall des Stromverstärkungsfaktors des anderen Transistors zur Folge haben«. Wenn beispielsweise die Verunreinigungskonzentration der Basiszone, d.h. der N-Epitaxialschicht, niedrig eingestellt wird, um dadurch den Träger-Injektionswirkungsgrad des Seiten-PNP-Transistors zu verbessern, wird der Träger-Injektionswirkungsgrad des Vertikal-NPN-Transistors merklich vermindert, da diese N-Epitaxial*· schicht auch als Emitterzone des Vertikal-NPN-Transistors gemeinsam verwendet wird. Auch erreicht das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt dieses Vertikal-NPN-Transistors einen kleinen Wert, da, wie bereits zuvor dargelegt wurde, dieser Transistor einen niedrigen Stromverstärkungsfaktor besitzt und seine Emitterzone durch die gesamte N-Epitaxialschicht gebildet wird.

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Die zuvor geschilderten Nachteile führen zu einer spezifischen Grenze oder Einschränkung hinsichtlich der Reduzierung des Stromverbrauchs und hinsichtlich einer Erhöhung der Be-

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triebsgeschwindigkeit des I L-Elements und machen speziell

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auch den Betrieb des I L-Elements in einer Hochfrequenzzone des verwendeten Signals nahezu unmöglich.

Wenn weiter ein Versuch unternommen wird, eine Schottky-Diode

für eine Eingangszone des herkömmlichen I L-Elements vorzusehen, da die erste P-Zone bei dieser Eingangszone eine hohe Verunreinigungskonzentration besitzt, ist die Ausbildung einer solchen Schottky-Diode in der ersten Zone unmöglich, wodurch die Forderung erhöht wird, getrennt eine Zone vorzusehen, um in dieser die Schottky-Diode auszubilden. Dies führt zu einer Verminderung im Ausmaß der integrierten Ausführung des I L-Elements. Wenn weiter ein Versuch unternommen wird, eine logische Schaltung, die einer gewünschten logischen Formel genügt,

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durch Verbinden von mehreren I L-Elementen herzustellen, die keine Eingangs-Schottky-Diode besitzen, wird eine große Anzahl

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von I L-Elementen erforderlich.

Es ist daher Ziel der Erfindung, eine Gatterschaltung zu schaffen, die durch Verbinden von mehreren logischen Elementen konstruiert oder hergestellt ist, von denen jedes eine Stromquelle, einen mit der Stromquelle verbundenen Transistor, der als Inverterelement arbeitet, und eine Schottky-Diode besitzt, die auf der Eingangsseite des logischen Elements vorgesehen ist.

Auch soll durch die Erfindung eine Gatterschaltung geschaffen werden, in welcher eine Träger ziehende oder ansaugende Zone in der Basiszone des Inverterelements vorgesehen ist, um die Invertiergeschwindigkeit weiter zu erhöhen.

Auch ist es Aufgabe der Erfindung, eine Gatterschaltung zu schaffen, in welcher eine Klemmdiode zwischen der Basis und

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dem Kollektor des Inverterelements vorgesehen ist, um dadurch die Invertiergeschwindigkeit noch weiter zu erhöhen.

Die Erfindung schafft zur Lösung dieser Aufgabe eine Gatterschaltung mit mehreren logischen Elementen, die auf dem gleichen Halbleitersubstrat vorgesehen sind, wobei jedes der logischen Elemente folgendes enthält: Wenigstens eine Schottky-Diode, deren Kathode mit einem Eingangsanschluß des logischen Elements verbunden ist; einen Transistor, dessen Basis mit einer Anode der genannten Schottky-Diode verbunden ist, und der wenigstens einen Kollektor und einen Emitter besitzt und als Inverter arbeitet; und ein Stromquellen-Schaltungselement, welches an einen Verbindungspunkt zwischen Basis des Transistors und der Anode der genannten Schottky-Diode angeschaltet ist, wobei der Kollektor des Transistors eines der genannten logischen Elemente als ein Ausgangsabschnitt arbeitet; weiter ist der Kollektor des Transistors eines anderen der logischen Elemente mit dem genannten Verbindungspunkt verbunden; und die jeweiligen Emitter der Transistoren, die in den logischen Elementen enthalten sind, sind mit dem gleichen Potentialpunkt verbunden·

Durch die vorliegende Erfindung wird jedoch auch eine Gatterschaltung geschaffen, die mehrere logische Elemente auf dem gleichen Halbleitersubstrat enthält, wobei jedes der logischen Elemente folgende Merkaale und Einrichtungen aufweist: Wenigstens eine Schottky-Diode, deren Kathode mit einem Eingangsanschluß des logischen Elements verbunden ist; einen Transistor, dessen Basis mit einer Anode der Schottky-Diode verbunden istj wenigstens einen Kollektor und wenigstens einen Emitter, die als Inverter arbeiten; ein Stromquellen-Schaltungselement, welches an einen Verbindungspunkt zwischen Basis des einen Transistors und der Anode der genannten Schottky-Diode angeschaltet ist; ebenso einen weiteren Transistor mit zum erstge-

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nannten Transistor entgegengesetzter Polarität, wobei der Kollektor dieses anderen Transistors und die Basis des erstgenannten Transistors durch eine gemeinsame Zone gebildet sind und die Basis des anderen Transistors und der Emitter des erstgenannten Transistors durch eine andere gemeinsame Zone gebildet sind und der Kollektor des erstgenannten Transistors eines der logischen Elemente als Ausgangsabschnitt arbeitet; der Kollektor des erstgenannten Transistors eines anderen der logischen Elemente ist mit dem genannten Verbindungspunkt verbunden, und die jeweiligen Emitter der erstgenannten Transistoren innerhalb der logischen Elemente sind mit dem gleichen Potentialpunkt verbunden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert· Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines grundlegenden logischen Elements, welches eine Gatterschaltung nach der Erfindung bildet;

Fig. 2 eine äquivalente Schaltung des logischen Elements von Fig. 1;

Fig. 3 und 4 jeweils Verunreinigungskonzentrations-Profile des ersten und des zweiten Vertikaltransistors des logischen Elements;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, welche die Gatterschaltung gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung bildet;

Fig. 6 ein Stromlaufplan der Gatterschaltung, die aus der Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 5 besteht;

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Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer anderen Halbleitervorrichtung, welche die Gatterschaltung bildet;

Fig. 8 einen Stromlaufplan einer Gatterschaltung mit Mehrfach-Eingang;

Fig. 9 einen Stromlaufplan einer Gatterschaltung mit Mehrfach-Eingang und Mehrfach-Ausgang;

Fig. 10 eine Schnittdarstellung eines einzelnen logischen Elements mit einer Trägerzieh- oder -ansaugzone;

Fig. 11 einen Stromlaufplan einer äquivalenten Schaltung des logischen Elements gemäß Fig. 10;

Fig. 12A und 12B ein Träger-Verteilungsmuster entsprechend der Linie X-X und entsprechend der Linie Y-Y des logischen Elements von Fig. 10;

Fig. 13 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, welche die Gatterschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung darstellt;

Fig« 14 einen Stromlaufplan der Gatterschaltung, welche durch die Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 13 gebildet ist;

Fig. 15 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, welche die Gatterschaltung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform nach der Erfindung bildet;

Fig. 16 einen Stromlaufplan einer Gatterschaltung, die durch die Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 15 gebildet ist;

Fig. 17 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, welche die Gatterschaltung gemäß einer noch weiteren

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Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung einer Klemmdiode bildet;

Fig. 18 einen Stromlaufplan der Gatterschaltung, welche durch die Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 17 gebildet ist; und

Figo 19 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, welche die Gatterschaltung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung einer Klemmdiode darstellt.

Vor der Erläuterung einer Gatterschaltung nach der Erfindung soll zunächst ein einzelnes logisches Element, d.h. ein I L-Element, beschrieben werden, welches für den Aufbau der Gatterschaltung verwendet wird.

Das einzelne logische Element, welches in Fig_e 1 gezeigt ist, besteht aus einem Halbleitersubstrat 11 eines Leitfähigkeitstyps, beispielsweise des P-Leitfähigkeitstyps, einer eingeschlossenen Zone 12 eines anderen Leitfähigkeitstyps oder N-Leitfähigkeitstyps, die teilweise in das Halbleitersubstrat eingelassen ist, und aus einer Epitaxialschicht 13 vom P-Leitfähigkeitstyp, die in dem Halbleitersubstrat in einer Weise ausgebildet ist, so daß sie die eingelassene Zone 12 enthält. Es sei darauf hingewiesen, daß angenommen wurde, daß die P-Epitaxialschicht 13 und das P-Halbleitersubstrat 11 das P-Halbleitersubstrat bilden. Es erstreckt sich eine N-Isolierzone 14 von der Fläche der Epitaxialschicht 13 in die eingelassene N-Zone 12 und teilt die P-Epitaxialschicht 13_f wodurch eine Insel vom P-Leitfähigkeitstyp in der Isolierzone 13a in der P-Epitaxialschicht 13 ausgebildet wird» In der P-isolierten Zone 13a ist eine erste N-Zone 15 durch Diffusionsverfahren von der Fläche der isolierten P-Zone 13a aus-

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gebildet. In der ersten N-Zone 15 ist eine zweite P-Zone 16 durch Diffusionsverfahren von der Fläche der ersten N-Zone aus ausgebildet. Darüber hinaus sind Ohmsehe Kontaktzonen 17 und 17a durch Diffusionsverfahren in der isolierten P-Zone 13a und der Epitaxialschicht 13 gleichzeitig mit der Ausbildung der zweiten P-Zone 16 ausgebildet. Auf der Fläche des Halbleitersubstrats ist ein Isolierfilm 18 vorgesehen. Durch die in die jeweiligen Abschnitte des Isolierfilms 18 gebohrten Öffnungen sind Metallelektrodenschichten, beispielsweise Aluminiumschichten 19, 20, 21, 22 und 22a, auf den Zonen 14, 16, 15, 17 und 17a jeweils ausgebildet.

Bei der zuvor erläuterten Struktur ergibt sich ein Vertikal-PNP-Transistor Tr1, dessen Emitter, Basis und Kollektor durch die zweite P-Zone 16, die erste N-Zone 15 und die isolierte P-Zone 13a jeweils gebildet werden, während ein zweiter Vertikal-NPN-Transistor Tr2 erhalten wird, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils durch die erste N-Zone 15» die isolierte P-Zone 13a und die eingelassene N-Zone 12 gebildet sind.

Wenn bei dem logischen Element mit der zuvor erläuterten Struktur die erste N-Zone 15 über die Elektrode 21 geerdet wird und als Folge ein Erdanschluß En erhalten wird, so bildet das logische Element eine logische Schaltung, die in Fig. 2 gezeigt ist. Es sei nun zunächst die Betriebsweise des logischen Elements gemäß Fig. 1 unter Hinweis auf die logische Schaltung gemäß Fig. 2 erläutert. Wenn unter der Bedingung, daß ein Eingangsanschluß A offen ist oder mit einer geeigneten positiven Spannung beschickt wird, die höher liegt als die Schwellenspannung des emittergeerdeten Vertikal-NPN-Transistors, so erhält ein Anschluß Ep eine positive Spannung von 0,7 V, der erste Vertikal-PNP-Transistor Tr1 tritt in Tätigkeit, so daß die positiven Löcher, die von der Emitterzone 16 in die Basiszone 15 injiziert werden, die Kollektorzone 13a oder

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die Basiszone des zweiten Vertikal-PNP-Transistors Tr2 über die Basiszone 15 erreichen können.

Wenn übermäßig viele positive Löcher in der zuvor erläuterten Weise in die Basiszone 13a des zweiten Vertikal-NPN-Transistors Tr2 injiziert werden, so werden Elektronen aus der Emitterzone 15 in die Basiszone 13a des zweiten Vertikal-NPN-Transistors Tr2 injiziert. Mit anderen Worten wird der Emitter-Basis-Übergang des zweiten Vertikal-NPN-Transistors Tr2 vorwärts vorgespannt, so daß dieser zweite Vertikaltransistor Tr2 arbeitet. Als Ergebnis wird das Potential am Ausgangsanschluß B nahezu zu Null.

Demgegenüber wird, wenn das Potential des Eingangsanschlusses A auf Null gebracht wird, der zweite Vertikal-NPN-Transistor in den geschlossenen Zustand gebracht, so daß der Ausgangsanschluß B ein positives Potential erreicht. Dieses logische Element stellt nämlich einen Inverter dar, wobei dann, wenn der Eingang einen logischen Wert von "0" aufweist, der Ausgang einen logischen Wert von "1" einnimmt.

Bei dem zuvor geschilderten logischen Element läßt sich die Basisbreite des ersten Vertikal-PNP-Transistors, der eine Stromquelle darstellt, extrem schmal ausführen, da dies durch Steuerung der Diffusionstiefe einstellbar ist. Da weiter wie sich aus dem Verunreinigungskonzentrationsprofil gemäß Fig. 3 erkennen läßt - ein Beschleunigungsfeld an die Träger innerhalb der Halbleiterzone angelegt wird, werden der Trägerinjektionswirkungsgrad und der Übertragungswirkungsgrad in einem großen Ausmaß verbessert. Da die Kollektorzone des ersten Vertikal-PNP-Transistors vollständig die Emitterzone desselben umgibt, wird die Geschwindigkeit, mit welcher die Träger in der Kollektorzone gesammelt werden, außerordentlich erhöht. Aus diesem Grund besitzt der erste Vertikal-PNP-Transistor einen

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hohen Stromverstärkungsfaktir über einen weiten Bereich der Stromwerte, und es wird der Stromverbrauch des logischen Elements merklich reduziert.

Da weiter der zweite vertikale "vorwärts wirkende" NPN-Transistor Tr2 des logischen Elements, dessen Emitterzone durch die erste N-Zone 15 gebildet ist, wobei das logische Element elektrisch von einem anderen logischen Element auf dem gleichen Substrat getrennt ist, als Inverter verwendet wird, besitzt dieser zweite Vertikal-NPN-Transistor einen hohen Stromverstärkungsfaktor über einen breiten Bereich von Stromwerten und auch ein extrem hohes Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt f_T. Auch läßt sich der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Vertikal-NPN-Transistors hinsichtlich seiner "Rückwärtswirkung¹¹, d.h. der Betrieb nach der Verwendung der eingelassenen Zone 12 und der getrennten N-Zone 14 als Emitter, auf einen geeigneten Wert einstellen. In diesem Fall ist die Verunreinigungskonzentration der Kollektorzonen 12, 14 - wie sich dies aus dem Verunreinigungskonzentrationsprofil gemäß Fig. 2 ergibt höher als diejenige der Basiszone 13a und zusätzlich wird diese Basiszone durch die isolierte Zone 13a gebildet, deren Verunreinigungskonzentration konstant ist. Es wird daher kein Verzögerungsfeld an die Träger angelegt, so daß dadurch der Träge rinjektionswirkungsgrad von der Kollektorzone in die Basiszone außerordentlich verbessert wird. Es läßt sich daher der Stromverstärkungsfaktor des "rückwärts wirkenden" Transistors dadurch optimal bestimmen, indem man die Verunreinigungskonzentration der Zonen 12, 15 und 13a auf einen geeigneten Wert einstellt und indem man gleichzeitig die Basisbreite auf einen geeigneten Wert steuert. Als Ergebnis läßt sich das sog. "Strom-Hogging"-Problem, welches bei einer DCTL (Direct Coupled Transistor Logic) auftritt, vollständig lösen, um dadurch die Betriebsweise der logischen Schaltung sicherzustellen.

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Durch Kombination mehrerer logischer Elemente mit den zuvor erläuterten ausgezeichneten Eigenschaften läßt sich eine ausgezeichnete Gatterschaltung konstruieren» Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Gatterschaltung, die unter Verwendung der zuvor erläuterten logischen Elemente hergestellt wurde. Es sei erwähnt, daß die Erläuterung unter Verwendung der gleichen Teile und Abschnitte wie diejenigen von Fig. 1 unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen vorgenommen wird.

Gemäß Fig. 5 sind mehrere eingelassene Zonen, bei diesem Ausführungsbeispiel sind es zwei eingelassene Zonen 112, 212, in dem P-Halbleitersubstrat 11 ausgebildet, und die P-Epitaxialschicht 13 ist auf dem P-Halbleitersubstrat 11 in einer Weise ausgebildet, daß sie die genannten zwei eingelassenen Zonen 112, 212 ebenfalls enthält. Die Epitaxialschicht 13 in den eingelassenen Zonen 112, 212 wird durch die N-Trennzonen 114, 214 aufgeteilt, die sich von der Fläche der Epitaxialschicht 13 bis zu den eingelassenen Zonen 112, 212 erstrecken, und in dieser Epitaxialschicht 13 sind zwei isolierte P-Zonen 113a, 213a ausgebildet. In diesen Zonen 113a, 213a sind jeweils erste N-Zonen 115, 215 ausgebildet,und in diesen Zonen 115, 215 sind jeweils durch Diffusionsverfahren P⁺-Zonen 116, 216 ausgebildet. An den jeweiligen Abschnitten der Flächen der isolierten P-Zonen 113a, 213a sind durch Ablagerungs- oder Niederschlagsverfahren Metallschichten 122, 222 ausgebildet, so daß dadurch Schottky-Dioden D1, D2 an den Übergangsabschnitten zwischen den Metallschichten 122, 222 und den entsprechenden isolierten P-Zonen 113a, 213a ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, daß die Schottky-Dioden eine vorwärts gerichtete Spannung aufweisen, die niedriger ist als die Schwellenspannung des Inverterelements. Daher wird Titan (Ti) bevorzugt als Schottky-Metall verwendet. Auf den Flächen der Zonen 114, 116, 115, 214, 216 und 215 sind über die in den Isolierfilm 18 gebohrten Löcher Elektroden 119, 120, 121, 219,

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220 und 221 vorgesehen. Die Elektrode 219 der Zone 214 ist mit Hilfe eines metallischen Verbindungsfilms 300, der sich über die Isolierschicht 18 erstreckt, mit einer Elektrode 117a verbunden, die auf der Fläche einer Ohmschen Kontaktzone 117 vorgesehen ist, um diese in Ohmschen Kontakt mit der isolierten P-Zone 113a zu bringen·

Bei der zuvor erläuterten Halbleiterstruktur ist ein erstes logisches Element 100 aus einem ersten Vertikal-PNP-Transistor zusammengesetzt, dessen Basis, Emitter und Kollektor durch die zweite P⁺-Zone 116, die erste N-Zone 115 und die isolierte P-Zone 113a jeweils gebildet sind, und besteht weiter aus einem zweiten Vertikal-NPN-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils durch die erste N-Zone 115, die isolierte P«Zone 113a und die eingelassene N⁺-Zone 112 gebildet sind. In ähnlicher Weise ist ein zweites logisches Element 200 zusammengesetzt aus einem ersten Vertikal-PNP-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils durch die zweite P⁺-Zone 216, die erste N-Zone 215 und die isolierte P-Zone 213a gebildet sind, und aus einem zweiten Vertikal-NPN-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils durch die erste N-Zone 215, die isolierte P-Zone 213a und die eingelassene N⁺-Zone 212 gebildet sind. Die Basiszone 113a des zweiten Vertikal-NPN-Transistors des ersten logischen Elements 100 ist mit der Kollektorzone 214, 212 des zweiten NPN-Transistors des zweiten logischen Elements 200 verbunden.

Das Äquivalent der zuvor erläuterten Halbleitervorrichtung oder Gatterschaltung ist in Fig. 6 gezeigt. In dieser Figur sind die jeweiligen ersten PNP-Transistoren des ersten und des zweiten logischen Elements 100, 200 jeweils als Stromquellen S1, S2 dargestellt.

Die Betriebsweise dieser Gatterschaltung ist wie folgt: Es läßt sich aus Fig. 6 leicht erkennen, daß zwischen dem an den

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Eingangsanschlüssen A1, A2 zugeführten Eingangssignal und dem an einem Ausgangsanschluß B gewonnenen Ausgangssignal die Beziehung besteht: B = ÄT, A2. (Es sei darauf hingewiesen, daß zur Vereinfachung der Erläuterung die gleichen Anschlüsse und Signale durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind). Wenn nämlich die Eingangssignale, die jeweils logische Werte von ^M1" und "O" besitzen, jeweils den Eingangsanschltissen A1, A2 zugeführt werden, wird der zweite Transistor des zweiten logischen Elements 200 nicht-leitend gemacht, wodurch der zweite Transistor des ersten logischen Elements 100 in den leitenden Zustand gelangt. Es erscheint daher ein Signal "0" am Ausgangsanschluß B. Wenn beiden Eingangsanschlüssen A1 und A2 ein Signal ^M1" zugeführt wird, so wird der zweite Transistor des zweiten logischen Elements 200 in den leitenden Zustand gebracht, wodurch der zweite Transistor des ersten logischen Elements 100 in den nicht-leitenden Zustand gelangt· Es wird daher an dem Ausgangsanschluß B ein Signal ⁿ^ⁿ entwickelt. Wenn Signale ⁿ0^w und ^W1^W jeweils beiden Eingangsanschlüssen A1 und A2 zugeführt werden, so wird der zweite Transistor des zweiten logischen Elements 200 leitend, so daß ein Signal ⁿ1^w an dem Ausgangsanschluß B erscheint. Wenn die zugeführten Eingangssignale beide aus einem Signal ⁿ0ⁿ bestehen, so wird der zweite Transistor des ersten logischen Elements 100 nicht-leitend gemacht, und das Ausgangssignal besteht aus einem Signal ^M1". Um die zuvor erläuterte logische Operation durch eine Werttabelle zu veranschaulichen, ergibt sich das folgende:

A1	1	1	0	0
A2	0	1	1	0
B	0	1	1	1

Die zuvor erläuterte Gatterschaltung ist unter Verwendung der logischen Elemente aufgebaut, von denen jedes eine eingelassene N⁺-Schicht besitzt und jedes durch einen ersten und einen

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zweiten Vertikaltransistor besteht, d.h. unter Verwendung der logischen Elemente, von welchen jedes so ausgelegt ist, daß der Inverter veranlaßt wird, einen "Vorwärts"-Betrieb durchzuführen. Diese Gatterschaltung kann jedoch unter Verwendung der logischen Elemente aufgebaut werden (Self-aligned Super Injection Logic: S L), wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 644 292 beschrieben sind, d.h. unter Verwendung von logischen Elementen, von denen jedes so ausgelegt ist, daß der Inverter veranlaßt wird, einen "Rückwärts"-Betrieb durchzuführen.

2 Die Gatterschaltung, die unter Verwendung derartiger S L-EIemente aufgebaut ist, ist in Fig. 7 gezeigt.

Die Gatterschaltung gemäß Fig. 7 enthält eine P-Epitaxialschicht 32, die auf einem ^-Halbleitersubstrat 31 ausgebildet ist. Die Epitaxialschicht 32 ist durch eine isolierte N-Zone 33 aufgeteilt, die beispielsweise in Gittergestalt ausgeführt ist und sich von der Fläche der Schicht 32 zum Substrat 31 hin erstreckt, wodurch mehrere, beispielsweise zwei, isolierte P-Zonen 132a, 232a gebildet werden. In der isolierten N-Zone 33 ist eine erste P⁺-Zone 34 ausgebildet. In den isolierten P-Zonen 132a, 232a sind jeweils zweite N -Zonen 135» 235 ausgebildet. In der isolierten P-Zone 132a ist durch Diffusion eine Ohmsche Kontaktzone 136 vorgesehen, um diese Zone 132a anzuschließen. Metallschichten 137, 237 sind auf den jeweiligen Abschnitten der Flächen der isolierten P-Zonen 132a, 232a jeweils niedergeschlagen, so daß dadurch Schottky-Dioden D1, D2 an den Übergangsabschnitten zwischen den Metallschichten 137, 237 und den entsprechenden isolierten P-Zonen 132a, 232a ausgebildet sind. Als Schottky-Metall wird Titan (Ti) bevorzugt. Es sei erwähnt, daß die Elektroden-Metallschichten 138, 139, 140 und 239 jeweils auf den Flächen der Zonen 34, 135, 136 und 235 niedergeschlagen sind. Auf der Fläche der gemäß den vorangegangenen Ausführungen konstruier-

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ten Halbleiterstruktur ist ein Isolierfilm 35 vorgesehen, der jedoch nicht Kontaktabschnitte bedeckt. Die Metallschicht 140 ist mit einer Metallschicht 239 mit Hilfe einer metallischen Verbindungsschicht 300 verbunden, die auf einem Flächenabschnitt des Isolierfilms 35 vorgesehen ist, wodurch die isolierte P-Zone 132a mit der zweiten N⁺-Zone 235 verbunden ist.

Gemäß der zuvor erläuterten Halbleitervorrichtung von Fig_o 7 wird ein erstes logisches Element 101 durch einen Seiten-PNP-Transistor gebildet, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils gebildet werden durch die erste P⁺-Zone 34, die isolierte N-Zone 33 und die isolierte P-Zone 132a, und durch einen rückwärts wirkenden Vertikal-NPN-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils gebildet werden durch das ^-Halbleitersubstrat 31, die isolierte P-Zone 132a und die zweite N⁺-Zone 135e Andererseits besteht das zweite logische Element 201 aus einem Seiten-PNP-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils durch die erste P⁺-Zone 34, die isolierte N-Zone 33 und die isolierte P-Zone 232a gebildet werden, und aus einem rückwärts wirkenden Vertikal-NPN-Transistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor jeweils durch das ^-Halbleitersubstrat 31, die isolierte P-Zone 232a und die zweite N⁺-Zone 235 gebildet werden.

Bei der zuvor erläuterten Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 7 sind die isolierende N-Zone 33 und die erste P⁺-Zone 34 des Seiten-PNP-Transistors jedes logischen Elements unter Verwendung der gleichen Maskenöffnung durch Doppeldiffusion hergestellt, und die Basiszone (die isolierte N-Zone) 33 kann so hergestellt werden, daß man insgesamt eine einheitliche und sehr schmale Basisbreite erhält. An der Übergangsfläche zwischen der Emitterzone 34 und der Basiszone 33 ist eine geeignete Neigung bzw. geneigter Verlauf der Verunreinigungskonzentration ausgebildet, um das Anlegen eines positiven Be-

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schleunigungsfeldes an die Träger zu ermöglichen, die von der Emitterzone injiziert werden. Die Emitterzone 34 umgibt den gesamten Umfang der Kollektorzone 132a (232a), wobei die Basiszone 33 dazwischen angeordnet ist. Als Ergebnis wird der Trägerinjektions- und -Übertragungswirkungsgrad erhöht. Hinsichtlich des Vertikaltransistors wird gleichzeitig das Verunreinigungskonzentrationsverhältnis zwischen der Emitterzone 31 und der Basiszone 132a (232a) auf einen geeigneten Wert eingestellt; die Dichte des Rekombinationszentrums innerhalb der Basiszone 132a(232a) wird vermindert; und es kann weiter die Verunreinigungskonzentration der Emitterzone höher gemacht werden als diejenige der Basiszone, so daß dieser Vertikaltransistor einen höheren Stromverstärkungsfaktor und ausgezeichnete Hochfrequenzeigenschaft besitzt. Das aus dem zuvor erläuterten Seitentransistor und Vertikaltransistor zusammengesetzte logische Element besitzt daher offensichtlich hervorragende Eigenschaften.

Es sei darauf hingewiesen, daß, da die zuvor erläuterte Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 7 den gleichen Schaltungsaufbau wie diejenige von Fig. 6 besitzt, die Betriebsweise dieser Vorrichtung weggelassen wurde.

Wenn bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. und 7 mehrere Schottky-Dioden an der isolierten P-Zone ausgebildet werden, so erhält man eine Gatterschaltung mit einem Mehrfach-Eingang, wie sie beispielsweise in Fig. 8 gezeigt ist. Wenn man nun annimmt, daß bei der Gatterschaltung von Figo 8 A1, A2, A3 und A4 jeweils die Eingangssignale darstellen (der Übersichtlichkeit halber sind die Anschlüsse und deren entsprechenden Signale durch die gleichen Zeichen gekennzeichnet), wird ein Signal an einem Ausgangsanschluß B entwickelt, welches der logischen Formel von B = Α1·Α2+Α3·Α4 genügt. Wenn weiter in Fig. 7 eine oder mehrere N-Zonen zusätzlich in der isolier-

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ten P-Zone ausgebildet werden, erhält man eine Gatterschaltung mit einem Mehrfach-Eingang und einem Mehrfach-Ausgang, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist. Es sei nun angenommen, daß bei ^ der Gatterschaltung von Fig. 9 A1, A2, A3 und A4 Eingangssignale darstellen. Dann erscheint an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen B1, B2 und B3 ein Signal, welches der logischen Formel von B1 = B2 = Α1·Α2+Α3·Α4, Β3 = A3·A4- gentigt.

Bei der zuvor erläuterten Halbleitervorrichtung, die eine Gatterschaltung darstellt, wird die Ausgangs-Inverionsgeschwindigkeit des logischen Elements, d.h. die Geschwindigkeit, mit welcher eine Inversion der Ausgangsgröße von einem Wert "0" auf einen Wert "1" möglich wird, stark von der Überschußmenge der Minoritätsträger beeinflußt, die sowohl in der Basiszone als auch der Kollektorzone des Vertikal-NPN-Transistors angesammelt sind. Wenn nämlich der Ausgang auf einem logischen Wert von "0" liegt, wird der Vertikal-NPN-Transistor vollständig in den eingeschalteten Zustand gebracht, wobei der Emitter-Bas is -Übergang und der Basis-Kollektor-Übergang vorwärts vorgespannt sind, um eine Ansammlung von Überschuß-Minoritätsträgern in der Basiszone und der Kollektorzone zu bewirken. Auch dann, wenn bei dieser Bedingung, um den Ausgangswert auf "1" zu bringen, ein Signal mit dem Wert "0" dem Eingangsanschluß zugeführt wird, fließen die Minoritätsträger, die sich in der Basis- und Kollektorzone des Vertikal-NPN-Transistors angesammelt haben, über diese Zonen, so daß der Ausgang nicht einen Wert "1" sehr schnell oder bald erreicht. Um aus diesem Grund erfindungsgemäß die übermäßige Ansammlung von Minoritätsträgern in dem als Inverterelement arbeitenden Transistor zu unterdrücken, um die Umwandlungsgeschwindigkeit von einem Wert "0" auf einen Wert "1" zu erhöhen, d.h. die Schaltgeschwindigkeit des Transistors zu erhöhen, wird gemäß Fig. 10 in der isolierten P-Zone 13a eine dritte N-Zone 15a ausgebildet, so daß eine teilweise Überlappung an der Ohmschen Kontakt-P⁺-Zone 17 besteht und daß die dritte N-Zone 15a und diese Zone 17 gegen-

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seitig mit Hilfe einer Metallschicht 22 zusammengeschaltet werden, wobei diese Metallschicht auf deren jeweiligen Flächenabschnitten niedergeschüa gen ist. Es wird also die dritte N-Zone 15a mit der isolierten P-Zone 13a über die Ohmsche Kontaktzone 17 verbunden. Da das in Fig. 10 gezeigte logische Element die gleiche Konstruktion bzw· Struktur und Betriebsweise wie diejenige des logischen Elements von Fig. 1 besitzt, ausgenommen die dritte N-Zone 15a, sind alle Teile und Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung wurde hierfür weggelassen.

Fig. 11 zeigt die äquivalente Schaltung des logischen Elements, bei welchem die dritte N-Zone 15a eine logische Schaltung bildet. Wie sich aus Fig. 11 entnehmen läßt, stellt die zuvor erwähnte dritte N-Zone 15a einen zusätzlichen Emitter dar, der mit der Basis des Vertikal-NPN-Transistors verbunden ist, um als eine Trägerabzieh- oder -saugzone zu wirken, um dadurch Träger abzuziehen, wie dies später beschrieben werden soll.

Die Fig. 12A und 12B zeigen jeweils die Trägerverteilungen in den Halbleiterzonen gegenüber den Richtungen X-X und Y-Y des in Fig. 10 gezeigten logischen Elements, welches mit der dritten N-Zone ausgestattet ist, d,h» der Trägeransaugzone 15a. In Fig. 12A existieren in der Emitterzone 15 des zweiten Vertikal-NPN-Transistors Tr2 die Minoritätsträger oder positiven Löcher (angezeigt durch die +Zeichen), die von der Emitterzone 16 des ersten Vertikal-PNP-Transistors Tr1 und der Basiszone 13a des zweiten Vertikal-NPN-Transistors Tr2 injiziert werden, während in der Basiszone 13a des zweiten Vertikal-NPN-Transistors die Minoritätsträger oder Elektronen existieren (gekennzeichnet durch die -Zeichen), die von der Kollektorzone 12 und der Emitterzone 15 desselben injiziert werden. In der dritten N-Zone oder der Trägeransaugzone 15a, die mit der Basiszone 13a verbunden ist, existieren keine Träger. Die

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Trägerverteilung, die durch unterbrochene Linien in Fig. 12A angezeigt ist, trifft für den Fall zu, bei welchem keine Trägeransaugzone 15a vorgesehen ist. In Fig. 12B existieren in der Basiszone 13a Minoritätsträger oder Elektronen, die von der Emitterzone 15 und der Kollektorzone 12 injiziert werden. In der Trägeransaugzone 15a, die mit der Basiszone 13a verbunden ist, existieren keine Minoritätsträger· Dagegen existieren in der Kollektorzone 12 die Minoritätsträger oder positiven Löcher, die-von der Basiszone 13a injiziert werden. Es sei erwähnt, daß die unterbrochenen Linien von Fig. 12B die Trägerverteilungen für den Fall anzeigen, bei welchem keine Trägeransaugzone 15a vorgesehen ist, wie dies dem Fall gemäß Fig. 12A entspricht. Auf diese Weise wird eine übermäßige Ansammlung von Minoritätsträgern in dem logischen Element unterdrückt oder verhindert, und zwar durch das Vorsehen der Trägeransaugzone 15a, um dadurch eine erhebliche Verbesserung bzw. Vergrößerung der Geschwindigkeit zu erreichen, mit welcher die Ausgangsgröße des logischen Elements von dem Wert "0" auf den Wert "1" invertiert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Trägeransaugzone 15a so ausgebildet werden kann, daß sie eine so große Fläche wie nur möglich in der Basiszone 13a belegt.

In Fig. 13 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher mehrere logische Elemente, die jeweils die zuvor erwähnte Trägeransaugzone aufweisen, auf dem gleichen Substrat zur Bildung einer gewünschten Gatterschaltung ausgebildet sind. Diese Ausführungsform ist mit Ausnahme der Trägeransaugzone 115a und 215a die gleiche wie diejenige von Fig. 5» und zwar hinsichtlich ihrer Konstruktion und Betriebsweise sind die gleichen Teile und Abschnitte durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Trägeransaugzone 115a und die Ohmsche Kontaktzone 117 des ersten logischen Elements 102 sind über eine Metallschicht 122a miteinander verbunden,, Die Metallschicht 122a ist mit einer Metallschicht 219 verbunden, die auf der

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isolierenden N-Zone 214 eines zweiten logischen Elements 202 ausgebildet ist oder deren Kollektorzone 214 desselben, und zwar über einen Metallfilm 300, Mit anderen Worten ist die isolierte Zone 113a des logischen Elements 102 mit der isolierenden Zone 214 des logischen Elements 202 verbunden· Weiter ist die Trägeransaugzone 215a des zweiten logischen Elements 202 mit einer Ohmschen Kontaktzone 217 mit Hilfe eines Metallfilms 222a verbunden. Die Halbleitervorrichtung gemäß Fig. stellt eine Gatterschaltung dar, wie sie in Fig, 14 gezeigt ist. In ähnlicher Weise ist eine Ausführungsform nach der Erfindung in Fig. 15 gezeigt, die dann erhalten wird, indem man eine Trägeransaugzone bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 vorsieht. Im Falle dieser Ausführungsform stellen die Trägeransaugzone 135a, 235a zusätzliche Kollektorzonen der jeweiligen Vertikal-NPN-Transistoren des ersten und des zweiten logischen Elements 103, 203 dar. Wie sich aus Fig_o 15 entnehmen läßt, ist die Trägeransaugzone 135a des ersten logischen Elemente 103 mit der Ohmschen Kontakt-P⁺-»Zone 136 mit Hilfe einer Metallschicht 140 verbunden und ist auch mit Hilfe eines Metallfilms 300 mit der Kollektorzone 235 des Vertikal-NPN-Transistors des zweiten logischen Elements 203 verbundene Die Trägeransaugzone 235a dieses zweiten logischen Elements 203 ist mit Hilfe einer Metallschicht 240 mit der Ohmschen Kontakt-P⁺-Zone 236 verbunden. Es sei auch erwähnt, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 15 die gleichen Teile und Abschnitte wie diejenigen von Fig. 7 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In Fig. 16 ist nun wieder eine Gatterschaltung gezeigt, die äquivalent der Halbleitervorrichtung von Fig« 15 ist.

Die zuvor erwähnte Gatterschaltung gemäß den Fig. 13 bis 16 umfaßt nicht nur die Vorteile der Gatterschaltung gemäß den Fig«, 5 bis 7, sondern kann auch mit einer Betriebsgeschwindigkeit arbeiten, die höher liegt als diejenige der Gatterschaltung gemäß den Fig_o 5 bis 7.

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Wenn bei den jeweiligen Ausführungsformen gemäß den Figo 13 und 15 mehrere Schottky-Dioden an den Eingangszonen ausgebildet werden, nämlich die Zonen 113a, 213a, 132a und 232a, so erhält man eine Gatterschaltung mit einem Mehrfach-Eingang. Wenn weiter bei der Ausführungsform gemäß Fig. 15 in den Zonen 132a, 232a mehrere zweite N⁺-Zonen ausgebildet werden, so erhält man eine Gatterschaltung mit Mehrfach-Eingang und -Ausgang,

Wenn man bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 eine Schottky-Diode DC1 (DC2) als Klemmdiode vorsieht, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist, und zwar zwischen Basiszone 113a (213a) und Kollektorzone, die aus 114 und 112 (214 und 212) besteht, so läßt sich die Betriebsgeschwindigkeit der resultierenden Gatterschaltung noch weiter erhöhen. Diese Klemmdiode DC1 (DC2) ist am Übergangsabschnitt zwischen einer Metallschicht 119a (219a), die über einer Zo ns mit zwei Flächenabschnitten ausgebildet ist - einem Flächenabschnitt der isolierenden N-Zone 114 (214) und einem Flächenabschnitt der isolierten P-Zone 113a (213a) *· unter der näherungsweisen Annahme, daß die isolierende Zone 114 und die isolierte P-Zone 113a (213a) über eine Metallschicht 119a (219a) verbunden ist, und zwar zwischen der Basiszone 113a (213a) des zweiten Vertikal-NPN-Transistors, und der Kollektorzone desselben, die aus den Abschnitten 114 und 112 (214, 212) besteht. Fig. 18 zeigt eine Schaltung, welche der Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 17 entspricht.

Bei dieser Schaltung ist jedoch der logische Spannungsschwingwert im wesentlichen durch die Differenz zwischen der vorwärts gerichteten Spannung der Klemmdiode DC1 und derjenigen der Schottky-Diode D1 bestimmt, und es ist daher wichtig, daß das Schottky-Metall und die Übergangsfläche richtig ausgelegt werden» Wird beispielsweise Titan (Ti) als Schottky-Metall verwendet, so wird die Übergangsfläche der Klemmdiode DC1 so ausgelegt, daß sie kleiner ist als diejenige der Schottky-Diode D1,

*ausgebildet

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Die zuvor erwähnte Klemmdiode ist, wie in Fig. 19 gezeigt, offensichtlich auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7
verwendbar. Bei den vorangegangenen Ausführungsformen wird der PNP-Transistor als Stromquelle verwendet, diese Stromquelle kann jedoch auch durch eine Stromquellenschaltung gebildet sein, die einen Widerstand enthält» Bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist der Emitter des Transistors als Inverterelement geerdet, kann jedoch auch an einem gewünschten Potentialpunkt angeschlossen sein.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Leitfähigkeitstyp der verschiedenen Zonen durch die Verwendung des P-Halbleitersubstrats bestimmt, kann jedoch auch durch Verwendung des N-Halbleitersubstrats in Einklang mit diesem Leitfähigkeitstyp bestimmt werden.

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Claims (14)

1. 2^15800

   Patentansprüche

   γΊJ Gatterschaltung mit mehreren logischen Elementen, die auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der mehreren logischen Elemente folgende Merkmale und Einrichtungen enthält: Wenigstens eine Schottky-Diode, deren Kathode mit einem Eingangsanschluß des logischen Elements verbunden ist; einen Transistor, dessen Basis mit einer Anode der Schottky-Diode verbunden ist, mit wenigstens einem Kollektor und wenigstens einem Emitter, wobei der Transistor als Inverter arbeitet; und ein Stromquellen-Schaltungselement, welches mit einem Verbindungspunkt zwischen der Basis des Transistors und der Anode der Schottky-Diode verbunden ist, wobei der Kollektor des Transistors eines der logischen Elemente als ein Ausgangsabschnitt arbeitet und der Kollektor des Transistors eines anderen logischen Elements mit dem Verbindungspunkt verbunden ist und die jeweiligen Emitter der Transistoren, die in den logischen Elementen enthalten sind, mit dem gleichen Potentialpunkt verbunden sind.
2. 2. Gatterschaltung mit mehreren logischen Elementen, die auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren logischen Elemente folgende Merkmale und Einrichtungen aufweisen: Wenigstens eine Schottky-Diode, deren Kathode mit einem Eingangsanschluß des logischen Elements verbunden ist; einen Transistor, dessen Basis mit einer Anode der Schottky-Diode verbunden ist, mit wenigstens einem Kollektor und wenigstens einem Emitter, der als Inverter arbeitet; ein Stromquellen-Schaltungselement, welches mit einem Verbindungspunkt zwischen der Basis des einen Transistors und der genannten Anode der einen Schottky-Diode verbunden ist und durch einen weiteren Transistor mit zum erstgenannten Transistor

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   entgegengesetzter Polarität besteht, wobei der Kollektor dieses weiteren Transistors und die Basis des erstgenannten Transistors durch eine gemeinsame Zone gebildet sind und die Basis des weiteren Transistors und der genannte eine Emitter des erstgenannten Transistors durch eine weitere gemeinsame Zone gebildet sind und der Kollektor des erstgenannten Transistors eines der logischen Elemente als Ausgangsabschnitt arbeitet und der Kollektor des erstgenannten Transistors eines anderen logischen Elements mit dem Verbindungspunkt verbunden ist und die jeweiligen Emitter der erstgenannten Transistoren, die in den logischen Elementen enthalten sind, mit dem gleichen Potentialpunkt verbunden sind.
3. 3. Gatterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Transistor, der als Inverter arbeitet, aus einem "vorwärts wirkenden" Transistor besteht.
4. 4. Gatterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte, als Inverter arbeitende Transistor aus einem "rückwärts wirkenden" Transistor besteht.
5. 5. Gatterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der logischen Elemente an seiner Eingangsseite mehrere Schottky-Dioden aufweist.
6. 6. Gatterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Transistor des logischen Elements
   mehrere Kollektoren aufweist.
7. 7. Gatterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Transistor des logischen Elements
   einen zusätzlichen Emitter besitzt, der mit der Basis des erstgenannten Transistors verbunden ist«,

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   2*35800
8. 8, Gatterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Transistor des logischen Elements einen zusätzlichen Kollektor besitzt, der mit der Basis des erstgenannten Transistors verbunden ist.
9. 9. Gatterschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das logische Element an seiner Eingangsseite mehrere Schottky-Dioden aufweist.
10. 10. Gatterschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das logische Element an seiner Eingangsseite mehrere Schottky-Dioden aufweist.
11. 11. Gatterschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Transistor des logischen Elements mehrere Kollektoren besitzt.
12. 12. Gatterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das logische Element eine Schottky-Diode mit einer Kathode enthält, die mit dem Kollektor des erstgenannten Transistors verbunden ist, und mit einer Anode, die mit der Basis des erstgenannten Transistors verbunden ist,
13. 13· Gatterschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das logische Element an der Eingangsseite mehrere Schottky-Dioden aufweist·
14. 14. Gatterschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Transistor des logischen Elemente mehrere Kollektoren besitzt, die mit Ausgangsanschlüssen von mehreren logischen Elementen jeweils verbunden sind.

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