JPH06112421A - Cmos型半導体装置 - Google Patents
Cmos型半導体装置Info
- Publication number
- JPH06112421A JPH06112421A JP4259326A JP25932692A JPH06112421A JP H06112421 A JPH06112421 A JP H06112421A JP 4259326 A JP4259326 A JP 4259326A JP 25932692 A JP25932692 A JP 25932692A JP H06112421 A JPH06112421 A JP H06112421A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- bipolar transistor
- type
- cmos
- diffusion region
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- Electronic Switches (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 出力段に対するESDからの保護を効果的に
行えるCMOS型半導体装置を提供する。 【構成】 PADからCMOS型半導体装置内に侵入す
る静電気パルスは、MOSトランジスタ15、16をブ
レークダウンさせる。この際、抵抗7に電流が流れ、こ
れによる電圧低下が0.6V以上になるとバイポーラト
ランジスタ13がオンする。バイポーラトランジスタ1
3のエミッタにはPウエル抵抗9、10を介してバイポ
ーラトランジスタ14のベースに接続されていることに
よって、バイポーラトランジスタ13のエミッター電流
がバイポーラトランジスタ14のベース電流となってバ
イポーラトランジスタ14がオンする。バイポーラトラ
ンジスタ13、14共にそのコレクタはPADに接続さ
れており、これらのバイポーラトランジスタ13、14
がオンすることによってPADの電位は大幅に低下し、
出力段のMOSトランジスタ15、16の保護を行う。
行えるCMOS型半導体装置を提供する。 【構成】 PADからCMOS型半導体装置内に侵入す
る静電気パルスは、MOSトランジスタ15、16をブ
レークダウンさせる。この際、抵抗7に電流が流れ、こ
れによる電圧低下が0.6V以上になるとバイポーラト
ランジスタ13がオンする。バイポーラトランジスタ1
3のエミッタにはPウエル抵抗9、10を介してバイポ
ーラトランジスタ14のベースに接続されていることに
よって、バイポーラトランジスタ13のエミッター電流
がバイポーラトランジスタ14のベース電流となってバ
イポーラトランジスタ14がオンする。バイポーラトラ
ンジスタ13、14共にそのコレクタはPADに接続さ
れており、これらのバイポーラトランジスタ13、14
がオンすることによってPADの電位は大幅に低下し、
出力段のMOSトランジスタ15、16の保護を行う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、同一半導体基板上に形
成されたMOSトランジスタを備えるCMOS型半導体
装置に関し、特に静電気による破壊を防止し得るCMO
S型半導体装置に関する。
成されたMOSトランジスタを備えるCMOS型半導体
装置に関し、特に静電気による破壊を防止し得るCMO
S型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】静電気からCMOS型半導体装置を保護
する回路、素子は既に様々な案が提案されており、保護
回路としてダイオードを含めたバイポーラ素子を用いた
ものは、例えば特開昭62−30361号公報に開示さ
れている。
する回路、素子は既に様々な案が提案されており、保護
回路としてダイオードを含めたバイポーラ素子を用いた
ものは、例えば特開昭62−30361号公報に開示さ
れている。
【0003】特開昭62−30361号公報に開示され
ているCMOS入力保護回路は、図3に示すように、入
力端子V1 と、入力保護用ダイオード1、2、4、5
と、ポリシリコン抵抗3及び入力ゲート6とにより構成
されている。
ているCMOS入力保護回路は、図3に示すように、入
力端子V1 と、入力保護用ダイオード1、2、4、5
と、ポリシリコン抵抗3及び入力ゲート6とにより構成
されている。
【0004】図4は、図3のダイオード1、2の断面図
である。P型基板21にN型ウエル22が形成されてお
り、この領域内にP+ 型の拡散域23が形成され、この
上にコンタクト孔27でアルミ配線25及び抵抗ポリシ
リコン26と接続されている。図3のダイオード2は、
図4では基板21とNウエル22の接合部であり、図3
のダイオード1は、図4ではNウエル22とP+ 型の拡
散域23との接合部である。
である。P型基板21にN型ウエル22が形成されてお
り、この領域内にP+ 型の拡散域23が形成され、この
上にコンタクト孔27でアルミ配線25及び抵抗ポリシ
リコン26と接続されている。図3のダイオード2は、
図4では基板21とNウエル22の接合部であり、図3
のダイオード1は、図4ではNウエル22とP+ 型の拡
散域23との接合部である。
【0005】従って、入力端子V1 に静電気による高電
圧が印加されても、ダイオード1、2を通してGNDで
流れるため、静電破壊が防止され、また通常の動作時に
は、入力電圧がダイオード1、2の耐圧以下であり、電
流は流れずラッチアップを生じない。
圧が印加されても、ダイオード1、2を通してGNDで
流れるため、静電破壊が防止され、また通常の動作時に
は、入力電圧がダイオード1、2の耐圧以下であり、電
流は流れずラッチアップを生じない。
【0006】また、FRANCOIS TAILLIET,JEAN PIERRE CH
ANTE,"Characterization of an NPNStructure under ES
D and Proposed Electrical Model",IEEE.ED.pp 1111,V
ol37,NO4,APRIL,1990. に開示されているような構造で
バイポーラトランジスタを構成することが一般的であっ
た。そして、上記文献に記載されているフィールド型M
OSトランジスタを使用した保護回路の例を図5に示
す。
ANTE,"Characterization of an NPNStructure under ES
D and Proposed Electrical Model",IEEE.ED.pp 1111,V
ol37,NO4,APRIL,1990. に開示されているような構造で
バイポーラトランジスタを構成することが一般的であっ
た。そして、上記文献に記載されているフィールド型M
OSトランジスタを使用した保護回路の例を図5に示
す。
【0007】図6は、図5に示されたフィールド型MO
Sトランジスタを使用した保護回路の等価回路を示す図
である。この保護回路は、抵抗R1、R2、R3、R
4、トランジスタTr1、ダイオードD1、PAD(ダ
イボンディングパッド)とにより構成されている。そし
て、この保護回路に正の極性を持つ静電気パルスが印加
された場合を想定する。この場合、N+/P−ダイオー
ドD1には逆極性の電圧がかかり、D1のブレークダウ
ン電圧以上までPADの電位が上昇したときにD1が接
合崩壊を起こす。このときの電流によって抵抗R2、R
1に電流が流れ、その結果バイポーラトランジスタTR
1がオンしてPADの電位が急速に低下し、保護回路と
しての働きをする。
Sトランジスタを使用した保護回路の等価回路を示す図
である。この保護回路は、抵抗R1、R2、R3、R
4、トランジスタTr1、ダイオードD1、PAD(ダ
イボンディングパッド)とにより構成されている。そし
て、この保護回路に正の極性を持つ静電気パルスが印加
された場合を想定する。この場合、N+/P−ダイオー
ドD1には逆極性の電圧がかかり、D1のブレークダウ
ン電圧以上までPADの電位が上昇したときにD1が接
合崩壊を起こす。このときの電流によって抵抗R2、R
1に電流が流れ、その結果バイポーラトランジスタTR
1がオンしてPADの電位が急速に低下し、保護回路と
しての働きをする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3及
び図4に示した従来のCMOS入力保護回路は、Nウエ
ル22をフローティング状態にしたバイポーラトランジ
スタのブレークダウン電圧(BVceo)によるブレー
クダウンを利用した保護回路素子であり、2つのPNダ
イオードをお互いに逆向きに接続してあり、これは図4
の断面図を見ると、バイポーラトランジスタの構造をし
ているが、この構造ではBVceo自体が通常のウエル
構造では高いために保護回路としての実用性に疑問があ
った。
び図4に示した従来のCMOS入力保護回路は、Nウエ
ル22をフローティング状態にしたバイポーラトランジ
スタのブレークダウン電圧(BVceo)によるブレー
クダウンを利用した保護回路素子であり、2つのPNダ
イオードをお互いに逆向きに接続してあり、これは図4
の断面図を見ると、バイポーラトランジスタの構造をし
ているが、この構造ではBVceo自体が通常のウエル
構造では高いために保護回路としての実用性に疑問があ
った。
【0009】また、図5及び図6に示したフィールド型
MOSトランジスタを使用した保護回路では、フィール
ド型MOSトランジスタを用いるためにブレークダウン
電圧が出力段の保護すべきトランジスタよりも高く、か
つスイッチング速度も遅いため、出力段が先に破壊され
るという問題点があり、またバイポーラトランジスタを
1個のみ用いており、このトランジスタはフィールド型
MOSトランジスタに寄生するバイポーラとして構成さ
れており、バイポーラトランジスタとして見た場合、十
分な電力利得を得ることはできず、大電流が印加された
場合に十分な保護を行えないという問題点があった。
MOSトランジスタを使用した保護回路では、フィール
ド型MOSトランジスタを用いるためにブレークダウン
電圧が出力段の保護すべきトランジスタよりも高く、か
つスイッチング速度も遅いため、出力段が先に破壊され
るという問題点があり、またバイポーラトランジスタを
1個のみ用いており、このトランジスタはフィールド型
MOSトランジスタに寄生するバイポーラとして構成さ
れており、バイポーラトランジスタとして見た場合、十
分な電力利得を得ることはできず、大電流が印加された
場合に十分な保護を行えないという問題点があった。
【0010】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたものであって、本発明の目的は、出力段
に対するESDからの保護を効果的に行えるCMOS型
半導体装置を提供することにある。
ためになされたものであって、本発明の目的は、出力段
に対するESDからの保護を効果的に行えるCMOS型
半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、この発明に係るCMOS型半
導体装置は、半導体基板上に形成されたMOSトランジ
スタを備えるCMOS型半導体装置において、複数のバ
イポーラトランジスタからなるカスケード回路を半導体
基板上に形成し、静電気パルスによりMOSトランジス
タがブレークダウンした場合、複数のバイポーラトラン
ジスタがオンして基板内もしくはウエルに電流を流すこ
とによってパッド(PAD)電圧を降下させることを特
徴とするものである。
みなされたものであって、この発明に係るCMOS型半
導体装置は、半導体基板上に形成されたMOSトランジ
スタを備えるCMOS型半導体装置において、複数のバ
イポーラトランジスタからなるカスケード回路を半導体
基板上に形成し、静電気パルスによりMOSトランジス
タがブレークダウンした場合、複数のバイポーラトラン
ジスタがオンして基板内もしくはウエルに電流を流すこ
とによってパッド(PAD)電圧を降下させることを特
徴とするものである。
【0012】また、この発明に係るCMOS型半導体装
置は、前記バイポーラトランジスタが半導体基板の内部
抵抗よりなるベース直列抵抗を有するカスケード型バイ
ポーラトランジスタであることを特徴とするものであ
る。
置は、前記バイポーラトランジスタが半導体基板の内部
抵抗よりなるベース直列抵抗を有するカスケード型バイ
ポーラトランジスタであることを特徴とするものであ
る。
【0013】更に、この発明に係るCMOS型半導体装
置は、同一半導体基板上に形成されたMOSトランジス
タを備えるCMOS型半導体装置において、第1種導電
型半導体基板中に、第2種導電型の第1の拡散領域と、
第1種導電型の第2の拡散領域とを接触もしくは隣接し
て配置し、かつ第1の拡散領域と第2の拡散領域とを金
属配線により短絡し、この金属配線を他の素子あるいは
電源とは接続しないことを特徴とするものである。
置は、同一半導体基板上に形成されたMOSトランジス
タを備えるCMOS型半導体装置において、第1種導電
型半導体基板中に、第2種導電型の第1の拡散領域と、
第1種導電型の第2の拡散領域とを接触もしくは隣接し
て配置し、かつ第1の拡散領域と第2の拡散領域とを金
属配線により短絡し、この金属配線を他の素子あるいは
電源とは接続しないことを特徴とするものである。
【0014】
【作用】上述構成に基づき、この発明におけるCMOS
型半導体装置は、新たにバイポーラトランジスタを作り
込む特別なプロセスを用いることなしに、バイポーラト
ランジスタを複数個形成でき、かつそれらをカスケード
接続することによって高電力利得を得ることができ、効
果的な静電気に対する保護が可能となる。特に、出力段
のNMOSトランジスタに対する保護を効果的なものと
するために、バイポーラトランジスタに対するトリガー
としてNMOSトランジスタのブレークダウンを用い、
ブレークダウンしたときの電流をバイポーラトランジス
タのベース電流とすることによって容易にバイポーラト
ランジスタを動作させることができ、かつ抵抗としてバ
ルクの拡がり抵抗を利用することによって占有面積を増
やすことなく所望の結果を得ることが可能となる。
型半導体装置は、新たにバイポーラトランジスタを作り
込む特別なプロセスを用いることなしに、バイポーラト
ランジスタを複数個形成でき、かつそれらをカスケード
接続することによって高電力利得を得ることができ、効
果的な静電気に対する保護が可能となる。特に、出力段
のNMOSトランジスタに対する保護を効果的なものと
するために、バイポーラトランジスタに対するトリガー
としてNMOSトランジスタのブレークダウンを用い、
ブレークダウンしたときの電流をバイポーラトランジス
タのベース電流とすることによって容易にバイポーラト
ランジスタを動作させることができ、かつ抵抗としてバ
ルクの拡がり抵抗を利用することによって占有面積を増
やすことなく所望の結果を得ることが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図を用いて説明
する。
する。
【0016】図1は、本発明に係るCMOS型半導体装
置を示す断面図であり、図2は図1の等価回路である。
置を示す断面図であり、図2は図1の等価回路である。
【0017】CMOS型半導体装置は、Pウエルの拡が
り抵抗7、8、9、10と、N+ シート抵抗11、12
と、カスケード接続されたNPNバイポーラトランジス
タ13、14と、MOSトランジスタ15、16とから
構成されている。そして、第1種導電型としてのP型基
板21に第1種導電型の第2の拡散領域としてのP+型
の不純物拡散領域34、37及び第2種導電型の第1の
拡散領域としてのN+型の不純物拡散領域32、33、
35、36が形成されており、P+ 型の不純物拡散領域
34とN+ 型の不純物拡散領域33とは金属配線39に
より接続されており、かつP+ 型の不純物拡散領域37
とN+ 型の不純物拡散領域36とは金属配線40により
接続されている。なお、31、38はMOSトランジス
タゲート電極であり、PADはダイボンディングパッド
であり、PADから金線等で半導体装置はリードフレー
ムを経て外部回路と接続されるようになっている。
り抵抗7、8、9、10と、N+ シート抵抗11、12
と、カスケード接続されたNPNバイポーラトランジス
タ13、14と、MOSトランジスタ15、16とから
構成されている。そして、第1種導電型としてのP型基
板21に第1種導電型の第2の拡散領域としてのP+型
の不純物拡散領域34、37及び第2種導電型の第1の
拡散領域としてのN+型の不純物拡散領域32、33、
35、36が形成されており、P+ 型の不純物拡散領域
34とN+ 型の不純物拡散領域33とは金属配線39に
より接続されており、かつP+ 型の不純物拡散領域37
とN+ 型の不純物拡散領域36とは金属配線40により
接続されている。なお、31、38はMOSトランジス
タゲート電極であり、PADはダイボンディングパッド
であり、PADから金線等で半導体装置はリードフレー
ムを経て外部回路と接続されるようになっている。
【0018】次に、本実施例の作用について説明する。
【0019】通常、静電気パルスは、PADからCMO
S型半導体装置内に侵入し、MOSトランジスタ15、
16によりブレークダウンされる。この際、抵抗7に電
流が流れ、これによる電圧低下が0.6V以上になると
NPNバイポーラトランジスタ13がオンする。このN
PNバイポーラトランジスタ13のエミッタにはPウエ
ル抵抗9、10を介してNPNバイポーラトランジスタ
14のベースに接続されていることによって、バイポー
ラトランジスタ13のコレクタ電流がバイポーラトラン
ジスタ14のベース電流となってバイポーラトランジス
タ14がオンする。バイポーラトランジスタ13、14
共にそのコレクタはPADに接続されており、これらの
バイポーラトランジスタ13、14がオンすることによ
ってPADの電位は大幅に低下し、出力段のNMOSト
ランジスタ15、16の保護を行う。
S型半導体装置内に侵入し、MOSトランジスタ15、
16によりブレークダウンされる。この際、抵抗7に電
流が流れ、これによる電圧低下が0.6V以上になると
NPNバイポーラトランジスタ13がオンする。このN
PNバイポーラトランジスタ13のエミッタにはPウエ
ル抵抗9、10を介してNPNバイポーラトランジスタ
14のベースに接続されていることによって、バイポー
ラトランジスタ13のコレクタ電流がバイポーラトラン
ジスタ14のベース電流となってバイポーラトランジス
タ14がオンする。バイポーラトランジスタ13、14
共にそのコレクタはPADに接続されており、これらの
バイポーラトランジスタ13、14がオンすることによ
ってPADの電位は大幅に低下し、出力段のNMOSト
ランジスタ15、16の保護を行う。
【0020】なお、上述実施例においてはMOSトラン
ジスタとしてNMOSトランジスタを用いて説明した
が、これに限らず、PチャネルのMOSでもよい。この
ようにした場合、バイポーラトランジスタの極性はPN
Pとする。また、MOSトランジスタにフィールドMO
Sトランジスタを用いても同様の効果を奏する。
ジスタとしてNMOSトランジスタを用いて説明した
が、これに限らず、PチャネルのMOSでもよい。この
ようにした場合、バイポーラトランジスタの極性はPN
Pとする。また、MOSトランジスタにフィールドMO
Sトランジスタを用いても同様の効果を奏する。
【0021】また、本発明をより効果的にするために
は、抵抗7、8、9の抵抗値は可能な限り大きい方が良
いが、抵抗10は小さい方がよい。これを実現するため
に、P基板21とグランドのコンタクトの距離をできる
だけ離し、バイポーラトランジスタ13のエミッタとバ
イポーラトランジスタ14のベース間距離を可能な限り
近付けることが必要である。
は、抵抗7、8、9の抵抗値は可能な限り大きい方が良
いが、抵抗10は小さい方がよい。これを実現するため
に、P基板21とグランドのコンタクトの距離をできる
だけ離し、バイポーラトランジスタ13のエミッタとバ
イポーラトランジスタ14のベース間距離を可能な限り
近付けることが必要である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のバイポーラトランジスタからなるカスケード回路
を半導体基板上に形成し、静電気パルスによりMOSト
ランジスタがブレークダウンした場合、複数のバイポー
ラトランジスタがオンして基板内抵抗もしくはウエルに
電流を流すことによって電圧を降下させるように構成し
たので、高い電力利得を容易に得ることができ、静電気
パルスからの保護を有効に行うことができ、また出力段
のNMOSトランジスタに対する効果的な保護を行うこ
とができる。更に、基板内抵抗もしくはウエルの抵抗を
利用することにより特別な抵抗を必要とすることがな
く、部品点数の増加を生じることなく少ない面積で保護
回路を構成することができる。
複数のバイポーラトランジスタからなるカスケード回路
を半導体基板上に形成し、静電気パルスによりMOSト
ランジスタがブレークダウンした場合、複数のバイポー
ラトランジスタがオンして基板内抵抗もしくはウエルに
電流を流すことによって電圧を降下させるように構成し
たので、高い電力利得を容易に得ることができ、静電気
パルスからの保護を有効に行うことができ、また出力段
のNMOSトランジスタに対する効果的な保護を行うこ
とができる。更に、基板内抵抗もしくはウエルの抵抗を
利用することにより特別な抵抗を必要とすることがな
く、部品点数の増加を生じることなく少ない面積で保護
回路を構成することができる。
【図1】本発明に係るCMOS型半導体装置を示す断面
図である。
図である。
【図2】本発明に係るCMOS型半導体装置の等価回路
を示す図である。
を示す図である。
【図3】従来のCMOS入力保護回路示す回路図であ
る。
る。
【図4】従来のCMOS入力保護回路示す断面図であ
る。
る。
【図5】従来のフィールド型MOSトランジスタを使用
した保護回路を示す断面図である。
した保護回路を示す断面図である。
【図6】従来のフィールド型MOSトランジスタを使用
した保護回路の等価回路を示す図である。
した保護回路の等価回路を示す図である。
7、8、9、10 Pウエル拡がり抵抗 11、12 N+ シート抵抗 13、14 NPNバイポーラトランジスタ 15、16 MOSトランジスタ
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 17/00 Q 9184−5J 17/08 C 9184−5J 17/56 F 9184−5J 7377−4M H01L 29/78 301 K
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成されたMOSトラン
ジスタを備えるCMOS型半導体装置において、 複数のバイポーラトランジスタからなるカスケード回路
を半導体基板上に形成し、 静電気パルスによりMOSトランジスタがブレークダウ
ンした場合、複数のバイポーラトランジスタがオンして
基板内もしくはウエルに電流を流すことによって電圧を
降下させることを特徴とするCMOS型半導体装置。 - 【請求項2】 前記バイポーラトランジスタが半導体基
板の内部抵抗よりなるベース直列抵抗を有するカスケー
ド型バイポーラトランジスタであることを特徴とするC
MOS型半導体装置。 - 【請求項3】 同一半導体基板上に形成されたMOSト
ランジスタを備えるCMOS型半導体装置において、 第1種導電型半導体基板中に、第2種導電型の第1の拡
散領域と、第1種導電型の第2の拡散領域とを接触もし
くは隣接して配置し、 かつ第1の拡散領域と第2の拡散領域とを短絡し、他の
素子あるいは電源とは接続されていない金属配線を備え
たことを特徴とするCMOS型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25932692A JP3199488B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | Cmos型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25932692A JP3199488B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | Cmos型半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112421A true JPH06112421A (ja) | 1994-04-22 |
| JP3199488B2 JP3199488B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=17332539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25932692A Expired - Fee Related JP3199488B2 (ja) | 1992-09-29 | 1992-09-29 | Cmos型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3199488B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-29 JP JP25932692A patent/JP3199488B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3199488B2 (ja) | 2001-08-20 |
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