JPH025571A - Mos型集積回路の出力増幅器用過電圧保護構成 - Google Patents
Mos型集積回路の出力増幅器用過電圧保護構成Info
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- JPH025571A JPH025571A JP1025582A JP2558289A JPH025571A JP H025571 A JPH025571 A JP H025571A JP 1025582 A JP1025582 A JP 1025582A JP 2558289 A JP2558289 A JP 2558289A JP H025571 A JPH025571 A JP H025571A
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- 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
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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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
本発明は集積回路用過電圧保護構成に関1ノ、特にMO
S型集積回路の出力増幅器の保護に関する。
S型集積回路の出力増幅器の保護に関する。
従来の技術
集積回路は入力パッド及び出力パッドを有する。
これらのパッドに生じる過電fflよ、回路を破壊しが
ちである。入力パッドは通常帯なくとも1つのMOSト
ランジスタのゲートに接続され、dk力lくラドはMO
S トランジスタの少なくとも1つのドレイン又はソー
スに接続される。MOSトランジスタのゲートは特に弱
い構成要素であるので、過電圧が発生した際には最も損
傷を受けやすい。過電圧に対する保護としてはまず回路
の入力ゲートの保護に努力がはられれてきた。現在では
入力ゲートの保護は良く改善されてきており、回路の出
力ドレイン/ソースの方が重大になってきている。
ちである。入力パッドは通常帯なくとも1つのMOSト
ランジスタのゲートに接続され、dk力lくラドはMO
S トランジスタの少なくとも1つのドレイン又はソー
スに接続される。MOSトランジスタのゲートは特に弱
い構成要素であるので、過電圧が発生した際には最も損
傷を受けやすい。過電圧に対する保護としてはまず回路
の入力ゲートの保護に努力がはられれてきた。現在では
入力ゲートの保護は良く改善されてきており、回路の出
力ドレイン/ソースの方が重大になってきている。
従って回路の出力ドレイン/ソースの保護構成を提供す
ることが重要である。
ることが重要である。
以下の説明に関連して、本願の図面では集積回路につい
ての図面として通例の如く図面中及び図面間において拡
大率は統一されておらず、特に層の寸法は図面がみやす
いように適宜に変えられている。
ての図面として通例の如く図面中及び図面間において拡
大率は統一されておらず、特に層の寸法は図面がみやす
いように適宜に変えられている。
第1図はMO8回路の入力保護の従来例を示す。
双方向導電装置1は、入力パッド2と、通常は接地され
ている基準電圧5との間に接続され、入力パッド2側は
、保護されるべき回路の入力ゲート3に接続される。抵
抗4は、双方向導電装置1と回路の入力ゲート3との間
に接続される。過電圧が入力パッド2に発生すると、双
方向装置1は第2図に関連して後)ホする如<ONにス
イッチされる。過電圧は双方向導電装置が降伏すること
で吸収され、抵抗により電圧が回路を破壊しない値まで
降下する。
ている基準電圧5との間に接続され、入力パッド2側は
、保護されるべき回路の入力ゲート3に接続される。抵
抗4は、双方向導電装置1と回路の入力ゲート3との間
に接続される。過電圧が入力パッド2に発生すると、双
方向装置1は第2図に関連して後)ホする如<ONにス
イッチされる。過電圧は双方向導電装置が降伏すること
で吸収され、抵抗により電圧が回路を破壊しない値まで
降下する。
第2A図は、従来の双方向導電装置の例の平面図であり
、第2B図は、第2A図の装置のA−A線に沿う断面図
である。この装置はN” P” N”デバイスであり、
接点11により入力パッド2に接続される第1のN+領
域10と、基板12からなるP一部分と、接点21によ
り基準電圧に接続される別のN1領域13とからなる。
、第2B図は、第2A図の装置のA−A線に沿う断面図
である。この装置はN” P” N”デバイスであり、
接点11により入力パッド2に接続される第1のN+領
域10と、基板12からなるP一部分と、接点21によ
り基準電圧に接続される別のN1領域13とからなる。
パッド2に負の過電圧が生じたとすると、N+領域10
と接地された基板12からなるP−領域とにより形成さ
れる第1のNP接合14は順バイアスがかけられ、過電
圧は基板天地間接続により吸収される。
と接地された基板12からなるP−領域とにより形成さ
れる第1のNP接合14は順バイアスがかけられ、過電
圧は基板天地間接続により吸収される。
パッド2に正の過電圧が生じたとすると、第1のPN接
合14は逆バイアスをかけられる。値Vz (約20
ボルト)より高い過電圧に対しては電子なだれモードと
されており、電流が基板天地間接続により流され始める
。基板の抵抗が大きいため、第2のN+領域13での電
圧は上昇する。
合14は逆バイアスをかけられる。値Vz (約20
ボルト)より高い過電圧に対しては電子なだれモードと
されており、電流が基板天地間接続により流され始める
。基板の抵抗が大きいため、第2のN+領域13での電
圧は上昇する。
基板の電圧が0,6vより高くなると即座に基板12に
よるP一部分とN+領域13とから形成されるPN接合
15に順バイアスがかけられる。すると過電圧はP”
N−P+電子なだれ構成により吸収される。
よるP一部分とN+領域13とから形成されるPN接合
15に順バイアスがかけられる。すると過電圧はP”
N−P+電子なだれ構成により吸収される。
第3図は、保護さるべき集積回路を載せたつI−ハ上の
保護構成の従来例の平面図である。第2A図及び第2B
図に示される種類の双方向装置1は、接点11を介して
回路の入力パッド2に接続される一方、他方では接点2
1により基準電圧に設定されたメタライゼーション20
に接続される。
保護構成の従来例の平面図である。第2A図及び第2B
図に示される種類の双方向装置1は、接点11を介して
回路の入力パッド2に接続される一方、他方では接点2
1により基準電圧に設定されたメタライゼーション20
に接続される。
パッドに接続されるこの装置のN+領域10は、幅に対
し実質的に大なる長さを有しP” N−P”装置から遠
ざかるよう延出する延出部22を有する。この延出部は
抵抗をなし、先端は、メタライゼーション23により少
なくとも1つの回路入力ゲート(図示せず)に接続され
る。抵抗の値は、パッド2に過電圧パルスが発生する際
の電圧を回路を破壊しない値まで降下せしめるよりな値
でなければならない。延長部N+と基板P−との間の各
境界面部分は、単純なツェナダイオードを構成する。抵
抗と基板との境界全体は、分散形ツェナダイオードに対
応する。パルス期間中の基板における電圧は、基板12
のなす P一部分の抵抗値が比較的大きく、また領域10とP一
部分との間に比較的大きい電流が流れがちであるためパ
ッド近傍においては高く、抵抗に沿ってパッドから遠ざ
かるに従い徐々に低下し、パッドとは反対側の延長部端
では略0■になる。
し実質的に大なる長さを有しP” N−P”装置から遠
ざかるよう延出する延出部22を有する。この延出部は
抵抗をなし、先端は、メタライゼーション23により少
なくとも1つの回路入力ゲート(図示せず)に接続され
る。抵抗の値は、パッド2に過電圧パルスが発生する際
の電圧を回路を破壊しない値まで降下せしめるよりな値
でなければならない。延長部N+と基板P−との間の各
境界面部分は、単純なツェナダイオードを構成する。抵
抗と基板との境界全体は、分散形ツェナダイオードに対
応する。パルス期間中の基板における電圧は、基板12
のなす P一部分の抵抗値が比較的大きく、また領域10とP一
部分との間に比較的大きい電流が流れがちであるためパ
ッド近傍においては高く、抵抗に沿ってパッドから遠ざ
かるに従い徐々に低下し、パッドとは反対側の延長部端
では略0■になる。
発明が解決しようとする問題点
集積の出力パッドについて扱った文献は種々ある。R,
マルシャンドー、R,N、ルントリ及びC,デュブリに
よる記事「半導体装置におけるESD保護の改良」には
、出力装置はその大きな規模により自己保護しやすいと
記載されている。
マルシャンドー、R,N、ルントリ及びC,デュブリに
よる記事「半導体装置におけるESD保護の改良」には
、出力装置はその大きな規模により自己保護しやすいと
記載されている。
また、P、E、アレン及びり、R,ホルバーフ著ホルト
、ラインハルト アンド ウインストン刊のrcMOs
アナログ回路設J1]第299頁及びり、A、グラッサ
及びり、W、ドッパービュール著rVLsI回路の設5
1及び解析」第320頁には、出力抵抗を最小にする必
要があることが指摘されている。従って従来入力保護に
用いられる種類のW4造は、特に抵抗が高すぎるため集
積回路の出力の保護には使用できないとにλら11てき
た。 本発明の目的は、回路動作を阻書しないM OS
集積回路用出力端子保護モードを提供するにある。
、ラインハルト アンド ウインストン刊のrcMOs
アナログ回路設J1]第299頁及びり、A、グラッサ
及びり、W、ドッパービュール著rVLsI回路の設5
1及び解析」第320頁には、出力抵抗を最小にする必
要があることが指摘されている。従って従来入力保護に
用いられる種類のW4造は、特に抵抗が高すぎるため集
積回路の出力の保護には使用できないとにλら11てき
た。 本発明の目的は、回路動作を阻書しないM OS
集積回路用出力端子保護モードを提供するにある。
問題点を解決するための手段
本発明によれば、双方向降伏装置が、保護さるべきMO
Sトランジスタのドレイン又はソースに接続されたパッ
ドと基l′F;電圧との間に接続され、抵抗が、双方向
降伏装置と保護さるべきM OS トランジスタとの間
に接続され、抵抗のtinは、抵抗の値と保護さるべき
トランジスタのドレイン/ソースの最大許容電流より小
さい電流との積が、保護装置の降伏電圧とMOS l〜
ランジスタのドレイン/ソースの導通電圧どの差より僅
かに大きくなるよう選定されてなる、MOS型集積回路
の出力増幅器での過電圧検S樹成が提供される。
Sトランジスタのドレイン又はソースに接続されたパッ
ドと基l′F;電圧との間に接続され、抵抗が、双方向
降伏装置と保護さるべきM OS トランジスタとの間
に接続され、抵抗のtinは、抵抗の値と保護さるべき
トランジスタのドレイン/ソースの最大許容電流より小
さい電流との積が、保護装置の降伏電圧とMOS l〜
ランジスタのドレイン/ソースの導通電圧どの差より僅
かに大きくなるよう選定されてなる、MOS型集積回路
の出力増幅器での過電圧検S樹成が提供される。
実施例
第4図1.i、従来技術文献に従うMOS l−ランラ
スタ回路用出力保護回路の例、つまりパッドと保護さる
べき装置どの間に直列抵抗が設〔)られていない双方向
導電装置を示す。双方向導電装置30は、保護さるべき
回路の出カド1ツイン/ソース32に接続され1:、出
力パッド31と、通常は接地される基準電圧どの間に長
続ざシ1.る。
スタ回路用出力保護回路の例、つまりパッドと保護さる
べき装置どの間に直列抵抗が設〔)られていない双方向
導電装置を示す。双方向導電装置30は、保護さるべき
回路の出カド1ツイン/ソース32に接続され1:、出
力パッド31と、通常は接地される基準電圧どの間に長
続ざシ1.る。
第5図は、第4図に示される構成のパッド31にパルス
が供給される場合に時間の関数として急速に増大する点
線に示されたパルス電圧と、同時に増大するがMOSト
ランジスタのON電圧に達すると安定するドレイン/ソ
ース電圧とをホす。
が供給される場合に時間の関数として急速に増大する点
線に示されたパルス電圧と、同時に増大するがMOSト
ランジスタのON電圧に達すると安定するドレイン/ソ
ース電圧とをホす。
電圧VTは保護装置の降伏電圧ぐある。通常の製造技術
では、複雑な工程によらない限り電B” V Tは電圧
Vcより高りt【る。従ってパルス状態中に′l−ラン
ジスタはON+!:なり双方向降伏装置が1−リガされ
る前に破壊的な電流が流れる。
では、複雑な工程によらない限り電B” V Tは電圧
Vcより高りt【る。従ってパルス状態中に′l−ラン
ジスタはON+!:なり双方向降伏装置が1−リガされ
る前に破壊的な電流が流れる。
第6図は本発明による出力保護構成の一実施例の甲面図
である。第2図におけるのと同様に双方向降伏装置が、
パッド31と、基準電圧に接続されたメタライゼーショ
ン50との間に接続される。
である。第2図におけるのと同様に双方向降伏装置が、
パッド31と、基準電圧に接続されたメタライゼーショ
ン50との間に接続される。
この双方向降伏装置は、接点52を介してパッド31に
接続される第1のN′領域51と、基板53であるP”
部分と、接点55を介してメタライゼ−ション50(大
地)と接続される第2のN+領域54とからなる。
接続される第1のN′領域51と、基板53であるP”
部分と、接点55を介してメタライゼ−ション50(大
地)と接続される第2のN+領域54とからなる。
N+領域51は、短い延出部56を右する。この延出部
は抵抗を構成し、先端はメタライゼーション57を介し
て保護さるべき回路(図示せず)のドレイン/ソースに
接続される。
は抵抗を構成し、先端はメタライゼーション57を介し
て保護さるべき回路(図示せず)のドレイン/ソースに
接続される。
第7A図及び第7B図は、電圧がパッドに印加され始め
る際の電圧変化の2つの特別な例を示す。
る際の電圧変化の2つの特別な例を示す。
パッドにおける電圧は点線で示され、保護さるべきドレ
インにおける電圧は実線で示される。
インにおける電圧は実線で示される。
第7A図では1時定数は過電圧が加えられた際に電圧が
値Veに達するとできるだけ速やかにMOSトランジス
タが導電性となるような値である。
値Veに達するとできるだけ速やかにMOSトランジス
タが導電性となるような値である。
電流が増大すると延出部56からなる抵抗にお(プる電
圧降下により、N′領域51″C′の電圧は保護装置の
降伏電圧より高くなる。延出部56の抵抗値は、抵抗値
と保護さるべきトランジスタのドレイン/ソースの最大
許容N流より小さい電流との積が、保護装置の降伏電圧
\/Tとトランジスタのドレイン/ソースにおける導電
状態の電If V cとの差より僅かに大きいよう選定
されている。実際には、N+領領域適宜のドーピング技
術により、この抵抗は上方から見ると、1又は2つの正
方形に相当する而に見える。つまり、第2図の延出部よ
り実質的に小さい。
圧降下により、N′領域51″C′の電圧は保護装置の
降伏電圧より高くなる。延出部56の抵抗値は、抵抗値
と保護さるべきトランジスタのドレイン/ソースの最大
許容N流より小さい電流との積が、保護装置の降伏電圧
\/Tとトランジスタのドレイン/ソースにおける導電
状態の電If V cとの差より僅かに大きいよう選定
されている。実際には、N+領領域適宜のドーピング技
術により、この抵抗は上方から見ると、1又は2つの正
方形に相当する而に見える。つまり、第2図の延出部よ
り実質的に小さい。
第7B図では、回路(抵抗5Gに伴なう寄生容量)の時
定数はドレインの電圧がfa V cに達する前にパッ
ドの電圧がVvに達するような値である。
定数はドレインの電圧がfa V cに達する前にパッ
ドの電圧がVvに達するような値である。
時刻t3においてパルスが保護によりまだ吸収されてい
ない場合トランジスタを電流が流れる。しかし、抵抗5
6の値は前)本の通りであるためこのドレインを流れる
電流は破壊的ではない。
ない場合トランジスタを電流が流れる。しかし、抵抗5
6の値は前)本の通りであるためこのドレインを流れる
電流は破壊的ではない。
抵抗56の機能は、従来のゲ・−1・保護回路の抵抗2
2の機能とは異なる。実際従来のゲート保護回路では、
ゲートの導通を全て防止しようとされていたが、本発明
によればドレイン又はソースの保護のため、出力段の正
しい動作を阻害しないゼロではないが非常に小さい値の
抵抗が選定されるよう降伏電流の制限のみが行なわれる
。
2の機能とは異なる。実際従来のゲート保護回路では、
ゲートの導通を全て防止しようとされていたが、本発明
によればドレイン又はソースの保護のため、出力段の正
しい動作を阻害しないゼロではないが非常に小さい値の
抵抗が選定されるよう降伏電流の制限のみが行なわれる
。
以上を要約するに、本発明によるMO8集積回路の出力
増幅器用過電圧保護構成は、保護さるべきMOSトラン
ジスタのドレイン又はソースに接続されたパッド31と
、基準電圧との間に接続される双方向降伏装置30から
なる。抵抗56は双方向降伏装置と保護さるべき装置と
の間に接続される。抵抗の値は、抵抗の値と保護さるべ
きトランジスタのドレイン/ソースの最大許容電流より
小さい電流との積が、保護装置の降伏装置とMOSトラ
ンジスタのドレイン/ソースの導電状態での電圧との差
より僅かに大きいように選定される。
増幅器用過電圧保護構成は、保護さるべきMOSトラン
ジスタのドレイン又はソースに接続されたパッド31と
、基準電圧との間に接続される双方向降伏装置30から
なる。抵抗56は双方向降伏装置と保護さるべき装置と
の間に接続される。抵抗の値は、抵抗の値と保護さるべ
きトランジスタのドレイン/ソースの最大許容電流より
小さい電流との積が、保護装置の降伏装置とMOSトラ
ンジスタのドレイン/ソースの導電状態での電圧との差
より僅かに大きいように選定される。
第1図は従来技術によるMOSトランジスタ回路用入力
保護構成を示す図、第2A図及び第2B図は従来技術に
よる双方向導電装置の平面図及び側面図、第3図は従来
技術による入力保護構成の平面図、第4図はMOSトラ
ンジスタ回路の出力保護構成を示す図、第5図は第4図
の構成での時間の関数としての電圧変化を示す図、第6
図は本発明によるMOSトランジスタ回路の出力保護構
成の平面図、第7A図及び第7B図は第6図の構成での
時間の関数としての電圧変化を示す図である。 1.30・・・双方向導電装置、2・・・入力パッド、
3・・・入力ゲート、4・・・抵抗、5・・・基準電圧
、10゜13.51.54・・・N+領領域11.21
.52゜55・・・接点、12.53・・・基板、14
.15・・・PN接合、20.23.50.57・・・
メタライゼーション、22.56・・・延出部、31・
・・出力パッド、32・・・出力ドレイン/ソース。
保護構成を示す図、第2A図及び第2B図は従来技術に
よる双方向導電装置の平面図及び側面図、第3図は従来
技術による入力保護構成の平面図、第4図はMOSトラ
ンジスタ回路の出力保護構成を示す図、第5図は第4図
の構成での時間の関数としての電圧変化を示す図、第6
図は本発明によるMOSトランジスタ回路の出力保護構
成の平面図、第7A図及び第7B図は第6図の構成での
時間の関数としての電圧変化を示す図である。 1.30・・・双方向導電装置、2・・・入力パッド、
3・・・入力ゲート、4・・・抵抗、5・・・基準電圧
、10゜13.51.54・・・N+領領域11.21
.52゜55・・・接点、12.53・・・基板、14
.15・・・PN接合、20.23.50.57・・・
メタライゼーション、22.56・・・延出部、31・
・・出力パッド、32・・・出力ドレイン/ソース。
Claims (2)
- (1)双方向降伏装置(30)が、保護さるべきMOS
トランジスタのドレイン又はソースに接続されたパッド
(31)と基準電圧との間に接続され、抵抗(56)が
、双方向降伏装置と保護さるべきMOSトランジスタと
の間に接続され、抵抗の値は、抵抗の値と保護さるべき
トランジスタのドレイン/ソースの最大許容電流より小
さい電流との積が、保護装置の降伏電圧(V_T)とM
OSトランジスタのドレイン/ソースの導通状態での電
圧(V_C)との差より僅かに大きくなるよう選定され
てなる、MOS型集積回路の出力増幅器用過電圧保護構
成。 - (2)集積回路は第1の導電型の基板(53)に担持さ
れ、双方向降伏装置は、高レベルのドーピングがされた
第2の導電型を有し第1のメタライゼーシヨンによりパ
ッド(31)に接続される第1の領域(31)と、第1
の領域に整列し高レベルのドーピングがされた第2の導
電型を有し第2のメタライゼーシヨン(50)により接
地される第2の領域(54)とからなり、第1の領域(
51)は1つ乃至2つの正方形相当の面を有する延出部
(56)を介して保護さるべき回路出力に第3のメタラ
イゼーシヨン(57)により接続されることを特徴とす
る請求項1記載の過電圧保護構成。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8801551A FR2627028B1 (fr) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | Structure de protection des sorties d'un circuit integre de type mos |
| FR8801551 | 1988-02-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH025571A true JPH025571A (ja) | 1990-01-10 |
Family
ID=9363122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1025582A Pending JPH025571A (ja) | 1988-02-04 | 1989-02-03 | Mos型集積回路の出力増幅器用過電圧保護構成 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0327475A1 (ja) |
| JP (1) | JPH025571A (ja) |
| KR (1) | KR890013795A (ja) |
| FR (1) | FR2627028B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69330556T2 (de) * | 1993-05-13 | 2002-05-16 | Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno, Catania | Integrierte Schaltungsstruktur für den Schutz von Leistungsvorrichtung gegen Überspannungen |
| EP0646964B1 (en) * | 1993-09-30 | 1999-12-15 | Consorzio per la Ricerca sulla Microelettronica nel Mezzogiorno | Integrated structure active clamp for the protection of power devices against overvoltages, and manufacturing process thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6038858A (ja) * | 1983-08-12 | 1985-02-28 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置 |
| JPH0665224B2 (ja) * | 1984-04-20 | 1994-08-22 | 日立マイクロコンピュ−タエンジニアリング株式会社 | 半導体集積回路装置 |
-
1988
- 1988-02-04 FR FR8801551A patent/FR2627028B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-02-01 EP EP89420027A patent/EP0327475A1/fr not_active Withdrawn
- 1989-02-01 KR KR1019890001162A patent/KR890013795A/ko not_active Withdrawn
- 1989-02-03 JP JP1025582A patent/JPH025571A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR890013795A (ko) | 1989-09-26 |
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