JPH0441504B2 - - Google Patents
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- JPH0441504B2 JPH0441504B2 JP58052915A JP5291583A JPH0441504B2 JP H0441504 B2 JPH0441504 B2 JP H0441504B2 JP 58052915 A JP58052915 A JP 58052915A JP 5291583 A JP5291583 A JP 5291583A JP H0441504 B2 JPH0441504 B2 JP H0441504B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power supply
- line
- conductivity type
- integrated circuit
- supply line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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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
- H10D84/40—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00 with at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of IGFETs with BJTs
- H10D84/401—Combinations of FETs or IGBTs with BJTs
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はCMOS回路を集積してなる半導体集
積回路に関する。
積回路に関する。
CMOS型集積回路では、高集積化が進むにつ
れて電源ラインの電圧変動が深刻な問題になりつ
つある。これを第1図および第2図を用いて説明
する。
れて電源ラインの電圧変動が深刻な問題になりつ
つある。これを第1図および第2図を用いて説明
する。
第1図はCMOS型集積回路の概略構成を示し
ている。1がCMOS回路を集積した半導体チツ
プであり、2がVDDライン、3がGNDラインを
それぞれ示している。チツプ周辺には例えば出力
バツフア4が配列形成されている。VDDライン
2、GNDライン3はそれぞれボンデイングパツ
ド5,6を介し、ワイヤボンデイングによつてチ
ツプ外部のVDD端子7、GND端子8に接続され
ている。
ている。1がCMOS回路を集積した半導体チツ
プであり、2がVDDライン、3がGNDラインを
それぞれ示している。チツプ周辺には例えば出力
バツフア4が配列形成されている。VDDライン
2、GNDライン3はそれぞれボンデイングパツ
ド5,6を介し、ワイヤボンデイングによつてチ
ツプ外部のVDD端子7、GND端子8に接続され
ている。
このようなCMOS型集積回路において、VDD
端子7−出力バツフア4−GND端子8のループ
を等価回路で示すと、第2図のように、インダク
タンス91,92および抵抗101,102が入る。
これらのインダクタンス91,92および抵抗10
1,102は、VDDライン2およびGNDライン3
やボンデングワイヤその他に存在するものであ
り、高集積化によつて素子が微小になればなる
程、その影響が相対的に大きくなる。例えば、出
力バツフア4がスイツチングするとそのときの充
放電電流によつて、Ldi/dtなる電圧変動がVDDラ ンイ2およびGNDライン3上に生じる。これは
CMOS回路の不安定動作の原因となり、ひいて
は寄生バイポーラ・トランジスタの導通によるラ
ツチアツプ現象の誘因となる。
端子7−出力バツフア4−GND端子8のループ
を等価回路で示すと、第2図のように、インダク
タンス91,92および抵抗101,102が入る。
これらのインダクタンス91,92および抵抗10
1,102は、VDDライン2およびGNDライン3
やボンデングワイヤその他に存在するものであ
り、高集積化によつて素子が微小になればなる
程、その影響が相対的に大きくなる。例えば、出
力バツフア4がスイツチングするとそのときの充
放電電流によつて、Ldi/dtなる電圧変動がVDDラ ンイ2およびGNDライン3上に生じる。これは
CMOS回路の不安定動作の原因となり、ひいて
は寄生バイポーラ・トランジスタの導通によるラ
ツチアツプ現象の誘因となる。
このような電源ラインの電圧変動を抑える工夫
は従来よりなされている。第3図はその一例であ
る。第1図と異なる点は、それぞれ4個ずつの
VDD端子71〜74とGND端子81〜84を用意し
て、電源ラインを並列接続した状態としているこ
とである。これにより等価的に、第2図に示す寄
生インダクタンス91,92および寄生抵抗101,
102を小さくすることができる。
は従来よりなされている。第3図はその一例であ
る。第1図と異なる点は、それぞれ4個ずつの
VDD端子71〜74とGND端子81〜84を用意し
て、電源ラインを並列接続した状態としているこ
とである。これにより等価的に、第2図に示す寄
生インダクタンス91,92および寄生抵抗101,
102を小さくすることができる。
しかしながらこの方式では、パツケージ上の複
数の端子のうち電源以外の信号端子として利用で
きるものが少なくなるという難点がある。
数の端子のうち電源以外の信号端子として利用で
きるものが少なくなるという難点がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、効果
的に電源ラインの電圧変動を抑制するようにした
CMOS型の半導体集積回路を提供することを目
的とする。
的に電源ラインの電圧変動を抑制するようにした
CMOS型の半導体集積回路を提供することを目
的とする。
本発明においては、CMOS回路を集積形成す
る半導体基板上にCMOS回路とは別にバイポー
ラ・トランジスタを用いた電源線安定回路を作り
つける。即ち第1導電型半導体基板に第2導電型
ウエルを形成してCMOS回路を集積する構造に
おいて、CMOS回路とは別に設けた第2導電型
ウエルをベースとし、このベース内に第1導電型
層からなるエミツタを設け、基板をコレクタとし
てバイポーラ・トランジスタを構成する。このト
ランジスタは第1の電源ラインとこれが接続され
るべき電源端子との間に介在させる。またトラン
ジスタのコレクタ・ベース間には抵抗素子を介在
させる。そしてトランジスタのベースとなる第2
導電型ウエルを一方の電極としこの上に絶縁膜を
介して対向電極を設けてキヤパシタを構成し、そ
の対向電極を第2の電極ラインに接続して、電源
線安定化回路を構成する。
る半導体基板上にCMOS回路とは別にバイポー
ラ・トランジスタを用いた電源線安定回路を作り
つける。即ち第1導電型半導体基板に第2導電型
ウエルを形成してCMOS回路を集積する構造に
おいて、CMOS回路とは別に設けた第2導電型
ウエルをベースとし、このベース内に第1導電型
層からなるエミツタを設け、基板をコレクタとし
てバイポーラ・トランジスタを構成する。このト
ランジスタは第1の電源ラインとこれが接続され
るべき電源端子との間に介在させる。またトラン
ジスタのコレクタ・ベース間には抵抗素子を介在
させる。そしてトランジスタのベースとなる第2
導電型ウエルを一方の電極としこの上に絶縁膜を
介して対向電極を設けてキヤパシタを構成し、そ
の対向電極を第2の電極ラインに接続して、電源
線安定化回路を構成する。
ここで、CMOS回路がPウエル構造の場合に
は、バイポーラ・トランジスタはNPNであつて、
第1の電源ラインが正電源(VDD)ライン、第
2の電源ラインが接地(GND)ラインであり、
Nウエル構造ではバイポーラ・トランジスタは
PNPであつて、第1の電源ラインが接地
(GND)ライン、第2の電源ラインが正電源
(VDD)ラインとなる。
は、バイポーラ・トランジスタはNPNであつて、
第1の電源ラインが正電源(VDD)ライン、第
2の電源ラインが接地(GND)ラインであり、
Nウエル構造ではバイポーラ・トランジスタは
PNPであつて、第1の電源ラインが接地
(GND)ライン、第2の電源ラインが正電源
(VDD)ラインとなる。
本発明によれば、CMOS回路と一対的に集積
されたバイポーラ・トランジスタを用いた安定化
回路によつて、電源ラインの電圧変動を効果的に
抑制することができる。しかも電源端子数を増や
す必要がないから、電源端子以外の信号端子数が
制約されることもない。また、バイポーラ・トラ
ンジスタ、抵抗素子およびキヤパシタからなる安
定化回路は通常のCMOS集積回路の製造プロセ
スを全く変更することなく作ることができること
も大きな利点である。
されたバイポーラ・トランジスタを用いた安定化
回路によつて、電源ラインの電圧変動を効果的に
抑制することができる。しかも電源端子数を増や
す必要がないから、電源端子以外の信号端子数が
制約されることもない。また、バイポーラ・トラ
ンジスタ、抵抗素子およびキヤパシタからなる安
定化回路は通常のCMOS集積回路の製造プロセ
スを全く変更することなく作ることができること
も大きな利点である。
以下本発明の実施例を説明する。第4図および
第5図は本発明をPウエル構造のCMOS型集積
回路に適用した実施例の要部を示す等価回路と断
面構造である。N型Si基板11を用いてよく知ら
れた工程によりPウエル12を形成し、CMOS
回路を集積形成する。図においては一つの出力バ
ツフア13のみを示してある。14,15はそれ
ぞれCMOS回路のVDDライン、GNDラインであ
り、16は出力バツフア13の出力端子を示して
いる。一方、Si基板11には、CMOS回路を構成
するPウエル12とは別に、これと同時に形成さ
れたPウエル17を設け、このPウエル17をベ
ースとし、この内にN+エミツタ層18を形成し
基板11をコレクタとしてNPNバイポーラ・ト
ランジスタ19を構成している。このトランジス
タ19はVDDライン14とこれが接続されるべ
きVDD端子20との間に介在させる。即ちVDD
ライン14はN+エミツタ層18−Pウエル17
(ベース)−N型基板11(コレクタ)を介してボ
ンデイング・パツド等のVDD端子20に接続さ
れる。GNDライン15は直接GND端子21に接
続される。一方、トランジスタ19のベースであ
るPウエル17を一方の電極とし、この上に絶縁
膜22を介して例えば多結晶シリコンからなる対
向電極23を設けて、キヤパシタ24を構成し、
この対向電極23をGNDライン15に接続して
いる。またトランジスタ19のコレクタ・ベース
間には抵抗素子25を介在させている。この例で
は抵抗素子25は基板11上に絶縁膜22を介し
て形成された多結晶シリコン膜を利用している。
即ち抵抗素子25およびキヤパシタの対向電極2
3は、CMOS回路の多結晶シリコンゲート電極
の形成工程において同時に形成することができ
る。このようにして、CMOS回路と一対的にト
ランジスタ19、抵抗素子25およびキヤパシタ
24からなる電源線安定化回路26が、VDD端
子20とVDDライン14の間に設けられる。
第5図は本発明をPウエル構造のCMOS型集積
回路に適用した実施例の要部を示す等価回路と断
面構造である。N型Si基板11を用いてよく知ら
れた工程によりPウエル12を形成し、CMOS
回路を集積形成する。図においては一つの出力バ
ツフア13のみを示してある。14,15はそれ
ぞれCMOS回路のVDDライン、GNDラインであ
り、16は出力バツフア13の出力端子を示して
いる。一方、Si基板11には、CMOS回路を構成
するPウエル12とは別に、これと同時に形成さ
れたPウエル17を設け、このPウエル17をベ
ースとし、この内にN+エミツタ層18を形成し
基板11をコレクタとしてNPNバイポーラ・ト
ランジスタ19を構成している。このトランジス
タ19はVDDライン14とこれが接続されるべ
きVDD端子20との間に介在させる。即ちVDD
ライン14はN+エミツタ層18−Pウエル17
(ベース)−N型基板11(コレクタ)を介してボ
ンデイング・パツド等のVDD端子20に接続さ
れる。GNDライン15は直接GND端子21に接
続される。一方、トランジスタ19のベースであ
るPウエル17を一方の電極とし、この上に絶縁
膜22を介して例えば多結晶シリコンからなる対
向電極23を設けて、キヤパシタ24を構成し、
この対向電極23をGNDライン15に接続して
いる。またトランジスタ19のコレクタ・ベース
間には抵抗素子25を介在させている。この例で
は抵抗素子25は基板11上に絶縁膜22を介し
て形成された多結晶シリコン膜を利用している。
即ち抵抗素子25およびキヤパシタの対向電極2
3は、CMOS回路の多結晶シリコンゲート電極
の形成工程において同時に形成することができ
る。このようにして、CMOS回路と一対的にト
ランジスタ19、抵抗素子25およびキヤパシタ
24からなる電源線安定化回路26が、VDD端
子20とVDDライン14の間に設けられる。
この実施例によれば、電源電圧変動の影響が効
果的に抑制される。即ち、抵抗素子25とキヤパ
シタ24はフイルタを構成していて外部電源の高
周波雑音を除去し、トランジスタ19のベースに
平滑化された安定な直流電位を与える。この結
果、トランジスタ19のエミツタ即ちVDDライ
ン14には外部電源電圧の変動が除去された直流
電圧が供給される。またVDDライン14が出力
バツフア13等のスイツチングにより変動しよう
とすると、これも補償される。即ちVDDライン
14の電圧が低下するとトランジスタ19の導通
度が大きくなり、逆にVDDライン14の電圧が
上昇するとトランジスタ19の導通度が小さくな
る方向に変化する結果、VDDライン14の電圧
変動が抑制されることになる。電源線安定化回路
26をチツプ外に設けることも可能だが、寄生イ
ンダクタンス91,92、寄生抵抗101,102が
チツプ上の電源ライン14,15と電源線安定化
回路の間に挿入されてしまう。そのため外部電源
電圧の変動は除去しうるが、一方チツプ内部で発
生する電源ノイズが電源線安定化回路にただちに
伝わらず、従つて電源安定化効果がない。即ち、
電源線安定化回路をチツプ上に作りこむことが重
要である。
果的に抑制される。即ち、抵抗素子25とキヤパ
シタ24はフイルタを構成していて外部電源の高
周波雑音を除去し、トランジスタ19のベースに
平滑化された安定な直流電位を与える。この結
果、トランジスタ19のエミツタ即ちVDDライ
ン14には外部電源電圧の変動が除去された直流
電圧が供給される。またVDDライン14が出力
バツフア13等のスイツチングにより変動しよう
とすると、これも補償される。即ちVDDライン
14の電圧が低下するとトランジスタ19の導通
度が大きくなり、逆にVDDライン14の電圧が
上昇するとトランジスタ19の導通度が小さくな
る方向に変化する結果、VDDライン14の電圧
変動が抑制されることになる。電源線安定化回路
26をチツプ外に設けることも可能だが、寄生イ
ンダクタンス91,92、寄生抵抗101,102が
チツプ上の電源ライン14,15と電源線安定化
回路の間に挿入されてしまう。そのため外部電源
電圧の変動は除去しうるが、一方チツプ内部で発
生する電源ノイズが電源線安定化回路にただちに
伝わらず、従つて電源安定化効果がない。即ち、
電源線安定化回路をチツプ上に作りこむことが重
要である。
またこの実施例では、安定化回路26を
CMOS回路と一体的に組込むに当つて通常の
CMOS回路製造プロセスを全く変更する必要が
なく、しかも第3図で説明した例のように端子数
を増やす必要もない。
CMOS回路と一体的に組込むに当つて通常の
CMOS回路製造プロセスを全く変更する必要が
なく、しかも第3図で説明した例のように端子数
を増やす必要もない。
上記実施例では、多結晶シリコン膜を抵抗素子
25として用いたが、第6図に示すようにこの抵
抗素子25の部分をMOSトランジスタ27に置
換することができる。この場合MOSトランジス
タ27はPチヤンネルであるから、そのゲートは
Vssライン23に接続することにより抵抗素子と
して機能する。
25として用いたが、第6図に示すようにこの抵
抗素子25の部分をMOSトランジスタ27に置
換することができる。この場合MOSトランジス
タ27はPチヤンネルであるから、そのゲートは
Vssライン23に接続することにより抵抗素子と
して機能する。
この実施例によつても先の実施例と同様の効果
が得られる。特に高抵抗を必要とする場合には、
第5図のように多結晶シリコン膜を用いるよりも
小さい占有面積で実現することができるので有利
になる。
が得られる。特に高抵抗を必要とする場合には、
第5図のように多結晶シリコン膜を用いるよりも
小さい占有面積で実現することができるので有利
になる。
また実施例においてバイポーラトランジスタを
用いているのは、MOSFETに比べて第1に内部
抵抗が低く大電流を流した時にも電圧降下が少な
いこと、第2にベース・エミツタ間の電圧降下
(VBE)がより定電圧的であること(即ちバイポ
ーラーの場合VBEがIBの指数関数であるのに比
べ、MOSFETではゲート・ソース電圧(VGS)
がゲート電圧の2乗に比例するとこ)、に起因し
ている。このような理由で電源安定化回路にはバ
イポーラトランジスタの使用が適している。
用いているのは、MOSFETに比べて第1に内部
抵抗が低く大電流を流した時にも電圧降下が少な
いこと、第2にベース・エミツタ間の電圧降下
(VBE)がより定電圧的であること(即ちバイポ
ーラーの場合VBEがIBの指数関数であるのに比
べ、MOSFETではゲート・ソース電圧(VGS)
がゲート電圧の2乗に比例するとこ)、に起因し
ている。このような理由で電源安定化回路にはバ
イポーラトランジスタの使用が適している。
以上の実施例はPウエル方式のCMOS集積回
路に適用した例であるが、本発明はNウエル方式
のCMOS集積回路にも適用することができる。
その実施例を、先の実施例の第4図、第5図およ
び第6図にそれぞれ対応させて第7図、第8図お
よび第9図に示す。先の実施例と相対応する部分
にはサフイツクスaを付した同じ番号をつけて詳
細な説明は省略する。この実施例の場合、バイポ
ーラ・トランジスタ19aはPNPとなるから、
先の実施例とは対称的にこれをGNDライン15
aとGND端子21aとの間に介在させることに
なる。
路に適用した例であるが、本発明はNウエル方式
のCMOS集積回路にも適用することができる。
その実施例を、先の実施例の第4図、第5図およ
び第6図にそれぞれ対応させて第7図、第8図お
よび第9図に示す。先の実施例と相対応する部分
にはサフイツクスaを付した同じ番号をつけて詳
細な説明は省略する。この実施例の場合、バイポ
ーラ・トランジスタ19aはPNPとなるから、
先の実施例とは対称的にこれをGNDライン15
aとGND端子21aとの間に介在させることに
なる。
この実施例によつても先の実施例と同様の効果
が得られることは明らかである。
が得られることは明らかである。
第1図は従来のCMOS集積回路の概略構成を
示す図、第2図はその電源電圧変動の影響を説明
するための等価回路図、第3図は電源電圧変動を
抑制した従来のCMOS集積回路の概略構成を示
す図、第4図は本発明の一実施例のCMOS集積
回路の要部構成を示す等価回路図、第5図は同じ
く断面図、第6図は他の実施例のCMOS集積回
路の要部構成を示す断面図、第7図〜第9図は更
に他の実施例の第4図〜第6図にそれぞれ対応す
る図である。 11,11a……Si基板、12,12a……ウ
エル(CMOS回路用)、13,13a……出力バ
ツフア、14,14a……VDDライン、15,
15a……GNDライン、16,16a……出力
端子、17,17a……ウエル(ベース)、18,
18a……エミツタ、19,19a……バイポー
ラ・トランジスタ、20,20a……VDD端子、
21,21a……GND端子、22,22a……
絶縁膜、23,23a……対向電極、24,24
a……キヤパシタ、25,25a……抵抗素子
(多結晶シリコン)、26,26a……電源線安定
化回路、27,27a……MOSトランジスタ
(抵抗素子)。
示す図、第2図はその電源電圧変動の影響を説明
するための等価回路図、第3図は電源電圧変動を
抑制した従来のCMOS集積回路の概略構成を示
す図、第4図は本発明の一実施例のCMOS集積
回路の要部構成を示す等価回路図、第5図は同じ
く断面図、第6図は他の実施例のCMOS集積回
路の要部構成を示す断面図、第7図〜第9図は更
に他の実施例の第4図〜第6図にそれぞれ対応す
る図である。 11,11a……Si基板、12,12a……ウ
エル(CMOS回路用)、13,13a……出力バ
ツフア、14,14a……VDDライン、15,
15a……GNDライン、16,16a……出力
端子、17,17a……ウエル(ベース)、18,
18a……エミツタ、19,19a……バイポー
ラ・トランジスタ、20,20a……VDD端子、
21,21a……GND端子、22,22a……
絶縁膜、23,23a……対向電極、24,24
a……キヤパシタ、25,25a……抵抗素子
(多結晶シリコン)、26,26a……電源線安定
化回路、27,27a……MOSトランジスタ
(抵抗素子)。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 第1導電型半導体基板に第2導電型ウエルを
形成してCMOS回路を集積してなる半導体集積
回路において、前記CMOS回路とは別に前記半
導体基板に形成された第2導電型ウエルをベー
ス、このベース内に形成された第1導電型層をエ
ミツタとし前記半導体基板をコレクタとして、第
1の電源ラインとこれが接続されるべき電源端子
との間に介在させたバイポーラ・トランジスタ
と、このトランジスタのベースとコレクタとの間
に介在させた抵抗素子と、前記トランジスタのベ
ースとなる第2導電型ウエルを一方の電極としこ
の上に絶縁膜を介して対向電極を設けてこの対向
電極を第2の電源ラインに接続したキヤパシタと
を含む電源線安定化回路を備えたことを特徴とす
る半導体集積回路。 2 前記第1導電型半導体基板がN型基板であ
り、前記第1の電源ラインが正電源ライン、前記
第2の電源ラインが接地ラインである特許請求の
範囲第1項記載の半導体集積回路。 3 前記第1導電型半導体基板がP型基板であ
り、前記第1の電源ラインが接地ライン、前記第
2の電源ラインが正電源ラインである特許請求の
範囲第1項記載の半導体集積回路。 4 前記抵抗素子として、前記半導体基板上に絶
縁膜を介して形成された多結晶シリコン膜を用い
た特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回路。 5 前記抵抗素子として、前記半導体基板上に形
成されたMOSトランジスタを用いた特許請求の
範囲第1項記載の半導体集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58052915A JPS59178763A (ja) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58052915A JPS59178763A (ja) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | 半導体集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59178763A JPS59178763A (ja) | 1984-10-11 |
| JPH0441504B2 true JPH0441504B2 (ja) | 1992-07-08 |
Family
ID=12928121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58052915A Granted JPS59178763A (ja) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59178763A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2869791B2 (ja) * | 1988-08-31 | 1999-03-10 | 株式会社日立製作所 | 半導体集積回路装置およびそれを応用した電子装置 |
| JP2778062B2 (ja) * | 1988-11-25 | 1998-07-23 | 日本電気株式会社 | バッファ回路 |
-
1983
- 1983-03-29 JP JP58052915A patent/JPS59178763A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59178763A (ja) | 1984-10-11 |
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