JPH021965A - 両方向入出力セル - Google Patents
両方向入出力セルInfo
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- JPH021965A JPH021965A JP63302123A JP30212388A JPH021965A JP H021965 A JPH021965 A JP H021965A JP 63302123 A JP63302123 A JP 63302123A JP 30212388 A JP30212388 A JP 30212388A JP H021965 A JPH021965 A JP H021965A
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- Japan
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- drain
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/90—Masterslice integrated circuits
- H10D84/998—Input and output buffer/driver structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
-
- H—ELECTRICITY
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
- H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
- H10D89/601—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体を利用した両方向入出力ヒルに係り、特
に、入力保護とラップ′アップ(1atchup)を防
止覆ることのできる両刃内入出力セルに関づる。
に、入力保護とラップ′アップ(1atchup)を防
止覆ることのできる両刃内入出力セルに関づる。
従来からCMO3集積回路を利用した入力または出力端
子として使用される両方向入出力ヒルは第3図に示71
−Jζうに構成されている。
子として使用される両方向入出力ヒルは第3図に示71
−Jζうに構成されている。
図面によれば、電源供給電圧Vccと接地電圧VSSの
間にチャンネルを直列で接続した0MO81−ランジス
タ1とnMo5 +−ランジスタ2と、前記pMO8t
−シンジスタ1のゲートに接続された第1端子12と、
前記n M OS +−ランジスタ2のゲートに接続さ
れた第2蟻子13と、而記nMOSトランジスタ1のド
レーンとnMOSトランジスタ2のドレーンが接続され
た第1ノード10と、電源供給電LT:Vccと接地電
圧Vssの間に直列接続されたダイオード5.6と、前
、12ダイオード5.6の間の第2ノード11と、第1
ノード10と第2ノード11との間に接続された多結晶
シリコンの抵抗4と、前記第1ノード10に接続された
入出力用パッド3と、第3喘子14と、前記第2ノード
11と第3端子14との間に接続された偶数個の反転ゲ
ー+−7,8からなるバッファ手段によって構成されて
いる。
間にチャンネルを直列で接続した0MO81−ランジス
タ1とnMo5 +−ランジスタ2と、前記pMO8t
−シンジスタ1のゲートに接続された第1端子12と、
前記n M OS +−ランジスタ2のゲートに接続さ
れた第2蟻子13と、而記nMOSトランジスタ1のド
レーンとnMOSトランジスタ2のドレーンが接続され
た第1ノード10と、電源供給電LT:Vccと接地電
圧Vssの間に直列接続されたダイオード5.6と、前
、12ダイオード5.6の間の第2ノード11と、第1
ノード10と第2ノード11との間に接続された多結晶
シリコンの抵抗4と、前記第1ノード10に接続された
入出力用パッド3と、第3喘子14と、前記第2ノード
11と第3端子14との間に接続された偶数個の反転ゲ
ー+−7,8からなるバッファ手段によって構成されて
いる。
前記のような構造の両方向入出力セルにおいて、入力は
入出力バッド3と多結晶シリコンの抵抗4と第2ノード
11と反転ゲー1−7.8と第3端子14とを順次に経
てチップ内に伝jヱされる。一方、出力は第1端子と第
2端子に供給されるチップ内のコントロールロジックに
よって入出力用パッド3に伝達される。
入出力バッド3と多結晶シリコンの抵抗4と第2ノード
11と反転ゲー1−7.8と第3端子14とを順次に経
てチップ内に伝jヱされる。一方、出力は第1端子と第
2端子に供給されるチップ内のコントロールロジックに
よって入出力用パッド3に伝達される。
第4図は第3図の一方のnMOSトランジスタ2部分の
レイアウト平面図である。
レイアウト平面図である。
第4図において領1420はn形基板またはウェル領域
ぐあり、領域21はpウェルであり、領域22は3J板
表面でpつLル21をめぐらすp4−ガードリング領域
であり、領域2:3はnMO3I〜ランジスタのドレー
ンおよびソースになる+14領域であり、領域24aは
多結晶シリコンゲート部分であり、領1ii24bは前
記第3図の第1喘子13ど接続される多結晶シリコンゲ
ート部分であり、領blt23a、23b、23c、2
3dは前記第3図の第1ノード10と接続されるnMO
Sトランジスタのn+ドレーン領域である。
ぐあり、領域21はpウェルであり、領域22は3J板
表面でpつLル21をめぐらすp4−ガードリング領域
であり、領域2:3はnMO3I〜ランジスタのドレー
ンおよびソースになる+14領域であり、領域24aは
多結晶シリコンゲート部分であり、領1ii24bは前
記第3図の第1喘子13ど接続される多結晶シリコンゲ
ート部分であり、領blt23a、23b、23c、2
3dは前記第3図の第1ノード10と接続されるnMO
Sトランジスタのn+ドレーン領域である。
第5図は第4図のa −a’線で切断した断面のJJ板
部分と各端子との接続関係だけを図示したちのCある。
部分と各端子との接続関係だけを図示したちのCある。
第5図において、半導体基板30の上部に形成されたp
ウェル31内にnMOSトランジスタのドレーン32を
形成し、1)a記pウェル31の周囲にp+ガードリン
グ33を形成し、n形塁板上部の所定領域にpMOSト
ランジスタのドレーン34を形成し、pM OS l−
ランジスタの周辺にnトガ−ドリンク35を形成し、p
+ガードリング33には接地電圧Vssを、n+ガード
リング35に【よ電源供給電圧VCCを供給し、各1−
ランジスタのドレーン32.34はそれぞれ入出力パッ
ド3と接続する。
ウェル31内にnMOSトランジスタのドレーン32を
形成し、1)a記pウェル31の周囲にp+ガードリン
グ33を形成し、n形塁板上部の所定領域にpMOSト
ランジスタのドレーン34を形成し、pM OS l−
ランジスタの周辺にnトガ−ドリンク35を形成し、p
+ガードリング33には接地電圧Vssを、n+ガード
リング35に【よ電源供給電圧VCCを供給し、各1−
ランジスタのドレーン32.34はそれぞれ入出力パッ
ド3と接続する。
(発明が解決しようとする課題〕
曲間構成の従来の両方向入出力ヒルにおいては、入出力
用パッド3に静電放電電圧(ESDV)によって瞬間的
に高電圧が発生して過電流が発生する場合がある。
用パッド3に静電放電電圧(ESDV)によって瞬間的
に高電圧が発生して過電流が発生する場合がある。
もし、負の高電圧が入出力用パッド3に入力されると第
3図の第1ノード10を通じて第4図のnトドレーン領
Vi23a〜23dと第5図のドレーン32とに負の高
電圧が印加される。
3図の第1ノード10を通じて第4図のnトドレーン領
Vi23a〜23dと第5図のドレーン32とに負の高
電圧が印加される。
この場合、第4図の各n+ドレーン領域23a〜23d
と基板が接した領域25.26,27゜28を通じて、
p+ガードリング22に電流が流れる。しかし、前記狭
い領域25〜28だけで【、L入出力用バッド3に印加
された電圧で発生する過°市流を短い時間で陥入するこ
とができないから、前記過゛市流がチップ内部に入力さ
れ、過電流が流れるときIvj fll的八温へよる劣
化現象から素子が破壊される問題点がある。
と基板が接した領域25.26,27゜28を通じて、
p+ガードリング22に電流が流れる。しかし、前記狭
い領域25〜28だけで【、L入出力用バッド3に印加
された電圧で発生する過°市流を短い時間で陥入するこ
とができないから、前記過゛市流がチップ内部に入力さ
れ、過電流が流れるときIvj fll的八温へよる劣
化現象から素子が破壊される問題点がある。
本発明の目的は、予期されなかった高電圧または静電放
電電圧などが印加しても半導体の破壊とラッヂアップと
を確実に防止することのできる両方向入出力セルを提供
することにある。
電電圧などが印加しても半導体の破壊とラッヂアップと
を確実に防止することのできる両方向入出力セルを提供
することにある。
本発明の両方向入出力セルは、入出力パッドと、第1ノ
ードど、第2ノードど、所定信号を入力する第1,1夕
よび第2端子と、所定信号を出力する第3端子と、前記
第2ノードと電源供給端fおよび1&地端トとにそれぞ
れ接続されたダイオードで構成される入力保護手段と、
前記第2ノードと第3端子との間に接続されたバッフ1
手段と、前記第1ノードと電源供給端子および接地端子
の間にそれぞれのドレーンが接続され、かつ、ゲートが
前記第1 J5よび第2端子に接続されて第1および第
2端子の入力によって第1ノードの電圧状態を前記入出
力パッドに伝達する論理手段とを有する両方向入出力セ
ルにおいて、前記論理手段が、前記ドレーンのチャンネ
ルと反対側の領域外部仝而に当該ドレーンと反対導電形
の半導体領域を近接して有するMOS I−ランジスタ
によって形、成されていることを特徴としている。
ードど、第2ノードど、所定信号を入力する第1,1夕
よび第2端子と、所定信号を出力する第3端子と、前記
第2ノードと電源供給端fおよび1&地端トとにそれぞ
れ接続されたダイオードで構成される入力保護手段と、
前記第2ノードと第3端子との間に接続されたバッフ1
手段と、前記第1ノードと電源供給端子および接地端子
の間にそれぞれのドレーンが接続され、かつ、ゲートが
前記第1 J5よび第2端子に接続されて第1および第
2端子の入力によって第1ノードの電圧状態を前記入出
力パッドに伝達する論理手段とを有する両方向入出力セ
ルにおいて、前記論理手段が、前記ドレーンのチャンネ
ルと反対側の領域外部仝而に当該ドレーンと反対導電形
の半導体領域を近接して有するMOS I−ランジスタ
によって形、成されていることを特徴としている。
本発明によれば、両方向入出力パッドに接続される各M
OS I−ランジスタのドレーンのチャンネルと反対
側の領域に、当該ドレーンと反対導電形の半導体領域を
形成しているので、曲間入出力用パッドを通じて予期さ
れない高電圧または静電放電電圧等が印加されても、こ
れらに基づくリージ電流を前記半導体領域を通じて短時
間に良ηYかつ確実に除去することができ、本発明のヒ
ルの破壊およびラッヂアップ等を確実に防止することが
できる。
OS I−ランジスタのドレーンのチャンネルと反対
側の領域に、当該ドレーンと反対導電形の半導体領域を
形成しているので、曲間入出力用パッドを通じて予期さ
れない高電圧または静電放電電圧等が印加されても、こ
れらに基づくリージ電流を前記半導体領域を通じて短時
間に良ηYかつ確実に除去することができ、本発明のヒ
ルの破壊およびラッヂアップ等を確実に防止することが
できる。
以下、本発明を添付した第1図および第2図に示す実施
例により詳細に説明する。
例により詳細に説明する。
本発明の両方向入出力ヒルも、第3図に示す回路構成を
イJしており、史に114記目的を達成づ−るように構
成されている。
イJしており、史に114記目的を達成づ−るように構
成されている。
第1図は本発明に係るnMOS t−ランジス92部分
の第4図と同様のレイアウト平面図である。
の第4図と同様のレイアウト平面図である。
第1図に43いて、領域40はn形半導体基板またはつ
U )L/ iit板であり、領域41は多結品シリ]
ンゲー1〜領域であり、領域42はnMOSトランジス
タのソース領域であり、領域43(まnMOSトランジ
スタのドレーン領域であり、領1at44はpト形つL
ル領域であり、領域45はp」・シンク領域を兼ねるp
+ガードリング領域であり、領域46はp+万一ドリン
グ領l或である。
U )L/ iit板であり、領域41は多結品シリ]
ンゲー1〜領域であり、領域42はnMOSトランジス
タのソース領域であり、領域43(まnMOSトランジ
スタのドレーン領域であり、領1at44はpト形つL
ル領域であり、領域45はp」・シンク領域を兼ねるp
+ガードリング領域であり、領域46はp+万一ドリン
グ領l或である。
1)4記領域42には図示されなかった接触領域を通じ
て)ヰ地°電圧が供給され、領域43には図示されなか
った接触領域を通じて入出力パッド3に印加される゛電
圧が供給される。
て)ヰ地°電圧が供給され、領域43には図示されなか
った接触領域を通じて入出力パッド3に印加される゛電
圧が供給される。
第1図には図示していないが、pMO8I−ランジスタ
のドレーンにも同様にドレーンに近接して「1+ガード
リングまたはn+シンクを形成しである(第2図参照)
。
のドレーンにも同様にドレーンに近接して「1+ガード
リングまたはn+シンクを形成しである(第2図参照)
。
第2図はこの発明の全体レイアウト平面図を第1図のb
−b’線で切断した断面の基板部分と各端子との接続関
係だけを図示したbのである。
−b’線で切断した断面の基板部分と各端子との接続関
係だけを図示したbのである。
第2図においてn形半導体またはウェル50上に形成さ
れた領域51はpウェルであり、領域52は接地電圧y
ssが印加されるnMO3トランジスタのソース領域で
あり、領域53は入出力パッドと接続するnMOSトラ
ンジスタのドレーン領域であり、領域54と551.i
接地電圧が印加されるp+ガードリング領域であり、領
域56は人出内用パッド3と接続するpMO8l−ラン
ジスタのドレーン領域であり、領域57は電源供給電圧
Vccと接続されるソース領域であり、領域58゜59
は電源供給電圧VCCが印加されるn+ガードリング領
域である。
れた領域51はpウェルであり、領域52は接地電圧y
ssが印加されるnMO3トランジスタのソース領域で
あり、領域53は入出力パッドと接続するnMOSトラ
ンジスタのドレーン領域であり、領域54と551.i
接地電圧が印加されるp+ガードリング領域であり、領
域56は人出内用パッド3と接続するpMO8l−ラン
ジスタのドレーン領域であり、領域57は電源供給電圧
Vccと接続されるソース領域であり、領域58゜59
は電源供給電圧VCCが印加されるn+ガードリング領
域である。
次に、本実施例の作用を説明する。
0の高電圧が人出内用バッド3に入力されると、第3図
の第1ノード10を通じて第1図の領域43に負の高電
圧が印加される。
の第1ノード10を通じて第1図の領域43に負の高電
圧が印加される。
このとき第1図に示すように、ドレーン領域43のチャ
ンネルと反対側の周囲に広い範囲のp→ガードリング4
5が形成されていて、ドレーン領域433に発lトシた
1ノージ電流は、短時間に容易にp+シンクおよびまた
はp+ガードリング4F)を通じて分散される。
ンネルと反対側の周囲に広い範囲のp→ガードリング4
5が形成されていて、ドレーン領域433に発lトシた
1ノージ電流は、短時間に容易にp+シンクおよびまた
はp+ガードリング4F)を通じて分散される。
また、正の電圧が印加されると第2図に図示しIこj、
うに形成されたovos トランジスタのドレーン56
を通じて、このドレーン56のチャンネルど反ス・j側
の周囲に形成されているn+シンクおよびまたはn1ガ
ードリング58のほうに衝”?電流が流れる。
うに形成されたovos トランジスタのドレーン56
を通じて、このドレーン56のチャンネルど反ス・j側
の周囲に形成されているn+シンクおよびまたはn1ガ
ードリング58のほうに衝”?電流が流れる。
従っC1静電放電電圧による衝撃電流をp+シンクおよ
びまたはp+ガードリング45またはn+シンクおよび
まIこはn−+ガードリング58と保護ダイオード5.
6とぐ同時に除去するから、CM OS素子を破壊され
るのを確実に防止することができる。史に、p+やn+
シンクは広い面積にガードリングをレイアウトするとの
同様にして、基板に注入された少数1−ヤリャが広く拡
散するのを防止して、相対トランジスタのドレーンfr
4bliに移動する少数キャリVの絶対1dを減少させ
ることが“c(!る。。
びまたはp+ガードリング45またはn+シンクおよび
まIこはn−+ガードリング58と保護ダイオード5.
6とぐ同時に除去するから、CM OS素子を破壊され
るのを確実に防止することができる。史に、p+やn+
シンクは広い面積にガードリングをレイアウトするとの
同様にして、基板に注入された少数1−ヤリャが広く拡
散するのを防止して、相対トランジスタのドレーンfr
4bliに移動する少数キャリVの絶対1dを減少させ
ることが“c(!る。。
なお、本発明は前記実施例に限定されるしのではなく、
必要に応じて変更することがで、きる。
必要に応じて変更することがで、きる。
このように本発明の両方向入出力セルは構成され作用す
るしのであるから、少数1ヤリャの拡1′1を防止して
ラッヂアップを効果的に防止することができ、またCM
O3集積回路の信頼性をあげることができ、半導体等の
破壊を防止することもでき、耐久性に優れたものとなる
等の効果を奏する。
るしのであるから、少数1ヤリャの拡1′1を防止して
ラッヂアップを効果的に防止することができ、またCM
O3集積回路の信頼性をあげることができ、半導体等の
破壊を防止することもでき、耐久性に優れたものとなる
等の効果を奏する。
第1図は本発明の両り内入出力セルの一実施例を示す一
部のレイアウト平面図、第2図は本発明による全体レイ
アウト平面図を第1図のb−b’線で切断した断面図、
第3図は一般の両方向入出力セルの回路図、第4図は第
3図の一部分のレイアウト平面図、第5図は第4図のa
−a’線で切断した断面図である。 1−LI M OS l−ランジスタ、2 ・n M
OS t−ランジスタ、3・・・人出内用パッド、10
・・・第1ノード、11・・・第2ノード、12・・・
第1端子、13・・・第2端f、14・・・第3端f、
40・・・つ■層領域、41・・・多結晶シリコングー
1〜領域、42・・・ソース領域、43,53.56・
・・ドレーン領域、44・・・p形つL層領域、45・
・・p+シンク領域およびまたはp(−ガードリング領
域、40・・・p+ガードリング領1或、50・・・n
形半導体す根域、51・・・pウェル、52.57・・
・ソース領1或、54.55・・・p十)J−ドリング
ダj域、58.59・・・n+ガードリング11′1域
。
部のレイアウト平面図、第2図は本発明による全体レイ
アウト平面図を第1図のb−b’線で切断した断面図、
第3図は一般の両方向入出力セルの回路図、第4図は第
3図の一部分のレイアウト平面図、第5図は第4図のa
−a’線で切断した断面図である。 1−LI M OS l−ランジスタ、2 ・n M
OS t−ランジスタ、3・・・人出内用パッド、10
・・・第1ノード、11・・・第2ノード、12・・・
第1端子、13・・・第2端f、14・・・第3端f、
40・・・つ■層領域、41・・・多結晶シリコングー
1〜領域、42・・・ソース領域、43,53.56・
・・ドレーン領域、44・・・p形つL層領域、45・
・・p+シンク領域およびまたはp(−ガードリング領
域、40・・・p+ガードリング領1或、50・・・n
形半導体す根域、51・・・pウェル、52.57・・
・ソース領1或、54.55・・・p十)J−ドリング
ダj域、58.59・・・n+ガードリング11′1域
。
Claims (1)
- 入出力パッドと、第1ノードと、第2ノードと、所定信
号を入力する第1および第2端子と、所定信号を出力す
る第3端子と、前記第2ノードと電源供給端子および接
地端子とにそれぞれ接続されたダイオードで構成される
入力保護手段と、前記第2ノードと第3端子との間に接
続されたバッファ手段と、前記第1ノードと電源供給端
子および接地端子の間にそれぞれのドレーンが接続され
、かつ、ゲートが前記第1および第2端子に接続されて
第1および第2端子の入力によって第1ノードの電圧状
態を前記入出力パッドに伝達する論理手段とを有する両
方向入出力セルにおいて、前記論理手段が、前記ドレー
ンのチャンネルと反対側の領域外部全面に当該ドレーン
と反対導電形の半導体領域を近接して有するMOSトラ
ンジスタによって形成されていることを特徴とする両方
向入出力セル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019870013615A KR900001398B1 (ko) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 양방성 입출력 셀 |
| KR13615 | 1987-11-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH021965A true JPH021965A (ja) | 1990-01-08 |
| JPH0691200B2 JPH0691200B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=19266510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63302123A Expired - Fee Related JPH0691200B2 (ja) | 1987-11-30 | 1988-11-29 | 両方向入出力セル |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4937471A (ja) |
| JP (1) | JPH0691200B2 (ja) |
| KR (1) | KR900001398B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991005371A1 (en) * | 1989-09-27 | 1991-04-18 | David Sarnoff Research Center, Inc. | Nmos device with integral esd protection |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5286992A (en) * | 1990-09-28 | 1994-02-15 | Actel Corporation | Low voltage device in a high voltage substrate |
| US5844760A (en) * | 1991-03-22 | 1998-12-01 | Fuji Electric Co., Ltd. | Insulated-gate controlled semiconductor device |
| US5517048A (en) * | 1993-07-23 | 1996-05-14 | Vlsi Technology, Inc. | Pad structure with parasitic MOS transistor for use with semiconductor devices |
| US5703747A (en) * | 1995-02-22 | 1997-12-30 | Voldman; Steven Howard | Multichip semiconductor structures with interchip electrostatic discharge protection, and fabrication methods therefore |
| US5731945A (en) * | 1995-02-22 | 1998-03-24 | International Business Machines Corporation | Multichip semiconductor structures with consolidated circuitry and programmable ESD protection for input/output nodes |
| US5625301A (en) * | 1995-05-18 | 1997-04-29 | Actel Corporation | Flexible FPGA input/output architecture |
| US5714785A (en) * | 1996-01-16 | 1998-02-03 | Vlsi Technology, Inc. | Asymmetric drain/source layout for robust electrostatic discharge protection |
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