JPS5961164A - Cmos集積回路装置 - Google Patents
Cmos集積回路装置Info
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- JPS5961164A JPS5961164A JP57171874A JP17187482A JPS5961164A JP S5961164 A JPS5961164 A JP S5961164A JP 57171874 A JP57171874 A JP 57171874A JP 17187482 A JP17187482 A JP 17187482A JP S5961164 A JPS5961164 A JP S5961164A
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- JP
- Japan
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- layer
- contact
- substrate
- mos transistor
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- Pending
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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
- H10D84/80—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, e.g. integration of IGFETs
- H10D84/82—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, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
- H10D84/83—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, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
- H10D84/85—Complementary IGFETs, e.g. CMOS
- H10D84/854—Complementary IGFETs, e.g. CMOS comprising arrangements for preventing bipolar actions between the different IGFET regions, e.g. arrangements for latchup prevention
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】
〔発明の技術分野〕
本発明は微細素子を用いたCMOS集積回路装U。
に関する。
集積回路の微細化、高集積化が進展するとともに、最も
大きな問題になって来たのが、熱放散の問題である。多
数の電気的素子(トランジスタなど)をシリコン小片の
表面に集精するため各々の素子が消費するエネルギーは
シリコン小片の表面の単位面積あたり大きな値になる。
大きな問題になって来たのが、熱放散の問題である。多
数の電気的素子(トランジスタなど)をシリコン小片の
表面に集精するため各々の素子が消費するエネルギーは
シリコン小片の表面の単位面積あたり大きな値になる。
−その消費エネルギーは熱となり放散しなければならな
いものであるが、熱伝導体はシリコン(半導体)と限定
されているため限シが有シ、この熱放散の問題が高集積
化の限界となりかねない。
いものであるが、熱伝導体はシリコン(半導体)と限定
されているため限シが有シ、この熱放散の問題が高集積
化の限界となりかねない。
この対策としてよく知られているように、電源電圧の低
下、また回路上の問題としてCMo8の採用が有力な手
段と考えられている。しかし現実の集積回路の製造上ば
らつきの問題、集積回路の外部・内部からの雑音の問題
などから、電源電圧を極端に下げることは出来ない。従
って電界強度は微細化の進展とともに強くなり、電気的
素子の中で種々の強電界問題をひきおこしている。
下、また回路上の問題としてCMo8の採用が有力な手
段と考えられている。しかし現実の集積回路の製造上ば
らつきの問題、集積回路の外部・内部からの雑音の問題
などから、電源電圧を極端に下げることは出来ない。従
って電界強度は微細化の進展とともに強くなり、電気的
素子の中で種々の強電界問題をひきおこしている。
CMO8回路は、消費電力の低下のためには理想的な回
路構成である。しかしpチャネルトランジスタとれチャ
ネルトランジスタが近接して配置されるため、その間の
寄生素子も加わって帰還回路が構成され、いわゆるラッ
チアップ現象が発生する。このラッチアップ現象は、微
細化の進展とともに、ますます大きな問題となって来て
いる。
路構成である。しかしpチャネルトランジスタとれチャ
ネルトランジスタが近接して配置されるため、その間の
寄生素子も加わって帰還回路が構成され、いわゆるラッ
チアップ現象が発生する。このラッチアップ現象は、微
細化の進展とともに、ますます大きな問題となって来て
いる。
ラッチアップ現象は、従来12勺などの集積回路中の周
辺部に発生する問題とされ、外部から入るノイズに対す
る耐性の問題とされて来た。
辺部に発生する問題とされ、外部から入るノイズに対す
る耐性の問題とされて来た。
1
しかし前述したように、微細化とともに集積回路の内部
に種々の強電界効果が発生し、集積回路自身がノイズを
発生するようになり、それがトリガ゛−となってラッチ
アップ現象が集積回路の内部でも発生するようになって
来た。
に種々の強電界効果が発生し、集積回路自身がノイズを
発生するようになり、それがトリガ゛−となってラッチ
アップ現象が集積回路の内部でも発生するようになって
来た。
例えばnチャネルトランジスタを例にとって説明する。
素子の微細化とともに一般的に電圧は下げるが、電界(
−′電圧/チャネル長)は高くなる傾向に有る。このた
め微細素子ではドレイン近傍で電界が強く、アバランシ
−発生に至らなくてもキャリアの増倍現象があられれる
。ソースから注入された電子はドレイン近傍で電子、正
孔対を発生する。発生した電子は、そのほと□んどがド
レインに流出するが、正孔は基板側に流れ出し、例えば
、シリコン小片の裏面に設けられた電極に取り出される
。このとき基板の比抵抗が高いと、正孔電流による電圧
降下が高くなる。すなわちこの電圧降下のため、チャネ
ル部のすぐ下の基板部分は正電位となυ、トランジスタ
に正の基板電圧を印加した基板バイアス効果が発生し、
ドレイン電流を更に増加させる。
−′電圧/チャネル長)は高くなる傾向に有る。このた
め微細素子ではドレイン近傍で電界が強く、アバランシ
−発生に至らなくてもキャリアの増倍現象があられれる
。ソースから注入された電子はドレイン近傍で電子、正
孔対を発生する。発生した電子は、そのほと□んどがド
レインに流出するが、正孔は基板側に流れ出し、例えば
、シリコン小片の裏面に設けられた電極に取り出される
。このとき基板の比抵抗が高いと、正孔電流による電圧
降下が高くなる。すなわちこの電圧降下のため、チャネ
ル部のすぐ下の基板部分は正電位となυ、トランジスタ
に正の基板電圧を印加した基板バイアス効果が発生し、
ドレイン電流を更に増加させる。
この増加したドレイン電流は、さらに増倍して正孔電流
を増やすことになる。この現象はドレイン近傍の電界が
強くなると1すます顕著にあられれる。したがって、チ
ャネル長が長いトランジスタに比べ、チャネル長が短い
トランジスタでドレイン耐圧が低くなる現象となってあ
られれる。特に実効チャネル長2μm以下になるとこの
強電界効果が顕著になる。
を増やすことになる。この現象はドレイン近傍の電界が
強くなると1すます顕著にあられれる。したがって、チ
ャネル長が長いトランジスタに比べ、チャネル長が短い
トランジスタでドレイン耐圧が低くなる現象となってあ
られれる。特に実効チャネル長2μm以下になるとこの
強電界効果が顕著になる。
この現象がCMO8回路で発生するとラッチアゾ現象に
至ることを説明する。第1図にCMOSル2中にnチャ
ネルMO8)う/シスタ、Pつニル2の外にpチャネル
MO8)ランシスタを形りした例である。この場合、P
ウェル2中のn+層(ソース)3をエミッタ、Pウェル
2をベース、n型基板1をコレクタとする、縦形のnp
トランジスタ(TR2)が寄生する。また、p’ヤネル
MOSトランノスタのp+層(ソース)4エミツタ、n
形基板1をベース、Pウェル2コレクタとする横形のp
np )ランシスタ(TRが寄生する。この間に、n形
基板1内の抵抗(R+ )、Pウェル2内の抵抗(R3
)、p、n層3,4の縦方向抵抗(R2+ R4)が分
布し、と価回路として第2図に示すものが構成されると
になる。この回路でラッチアップは槙々の・乱の入り方
で発生するがその1つを4分、明する例えば第2図に示
すように、ノードAに外部喝ッ 乱Igが入った場合
を考える。最初はこの電流は抵抗R3を流れ電圧降下1
gRgを発生する。こitがnpn )ランシスタ(T
R2)のベース・エミッタの接触電位差をこえるとn
pn ) ’9ンジスタTR2仁 が導通状態に入る
。このためコレクタ電流75玉抵父 抗R1を通して
流れる。このR1における電圧降下が大きくなると、次
にpnp )ラン・シスター (TRY)が導通状
態に入る。このpnp トランジスタTR,のコレクタ
電流はR3を流れ、その電ヂ 圧降下はnpn )ラ
ンシスタTR2を導−出状態にすと る方向に働き
、両トランジスタ75量共に導′J亀状態を とな
る安定状態、すなわちVDO〜VSS間に大きな1)
電流が流れるラッテアップ状態に至る。
至ることを説明する。第1図にCMOSル2中にnチャ
ネルMO8)う/シスタ、Pつニル2の外にpチャネル
MO8)ランシスタを形りした例である。この場合、P
ウェル2中のn+層(ソース)3をエミッタ、Pウェル
2をベース、n型基板1をコレクタとする、縦形のnp
トランジスタ(TR2)が寄生する。また、p’ヤネル
MOSトランノスタのp+層(ソース)4エミツタ、n
形基板1をベース、Pウェル2コレクタとする横形のp
np )ランシスタ(TRが寄生する。この間に、n形
基板1内の抵抗(R+ )、Pウェル2内の抵抗(R3
)、p、n層3,4の縦方向抵抗(R2+ R4)が分
布し、と価回路として第2図に示すものが構成されると
になる。この回路でラッチアップは槙々の・乱の入り方
で発生するがその1つを4分、明する例えば第2図に示
すように、ノードAに外部喝ッ 乱Igが入った場合
を考える。最初はこの電流は抵抗R3を流れ電圧降下1
gRgを発生する。こitがnpn )ランシスタ(T
R2)のベース・エミッタの接触電位差をこえるとn
pn ) ’9ンジスタTR2仁 が導通状態に入る
。このためコレクタ電流75玉抵父 抗R1を通して
流れる。このR1における電圧降下が大きくなると、次
にpnp )ラン・シスター (TRY)が導通状
態に入る。このpnp トランジスタTR,のコレクタ
電流はR3を流れ、その電ヂ 圧降下はnpn )ラ
ンシスタTR2を導−出状態にすと る方向に働き
、両トランジスタ75量共に導′J亀状態を とな
る安定状態、すなわちVDO〜VSS間に大きな1)
電流が流れるラッテアップ状態に至る。
このようなラッチアップに至る粂件としては、回路ノク
ラメータからくるものとして、等 こ タト が必要であることはよく知られている。
ラメータからくるものとして、等 こ タト が必要であることはよく知られている。
微細化の進んだ現状のレベルでは、はとんどの場合上の
条件が成立し、ラッチアップの危険性をはらんでいる。
条件が成立し、ラッチアップの危険性をはらんでいる。
ラッチアップが発生するためにはもう1つの条件、例え
ば第2図のノードAへの外乱の条件として VF : )ランジスタが導通状態となるペースエミッ
タ間の電圧差 が必要であることは回路方程式を解くことにより判明す
る。
ば第2図のノードAへの外乱の条件として VF : )ランジスタが導通状態となるペースエミッ
タ間の電圧差 が必要であることは回路方程式を解くことにより判明す
る。
多くの場合
R1> R4r Ft3> R4+α2夕1であるため
、VF 上式は ’g > n、 となる。すなわち、Pウェ
ル領域の抵抗R3を流れる電流rgによる電圧降下(R
slg)が、npn トランジスタ(TR2)のペース
・エミッタ間の接触電位差(VF )を越えて、トラン
ジスタTR2が導通状態に入る条件である。
、VF 上式は ’g > n、 となる。すなわち、Pウェ
ル領域の抵抗R3を流れる電流rgによる電圧降下(R
slg)が、npn トランジスタ(TR2)のペース
・エミッタ間の接触電位差(VF )を越えて、トラン
ジスタTR2が導通状態に入る条件である。
第1図に示すように、Pウェル構造を用いた例では)n
チャネルトランジスタの電子による増倍現象はあられれ
やすく、前述したようにPウェル領域に正孔電流が流れ
出す。この正孔電流は抵抗R3を通ってPウェルの外部
の取り出し口(p+)にとり出される。この間の距離が
長いと抵抗R3の値が大きくなり、ラッチア、ツブエル
2中のnチャネルMOSトラ/ノスタが、第3図(平面
図)、第4図(断面図)に示すようなチャネル幅が大き
いものでは、Pウェル2を左から右に見た抵抗R3は数
10にΩにもなる。
チャネルトランジスタの電子による増倍現象はあられれ
やすく、前述したようにPウェル領域に正孔電流が流れ
出す。この正孔電流は抵抗R3を通ってPウェルの外部
の取り出し口(p+)にとり出される。この間の距離が
長いと抵抗R3の値が大きくなり、ラッチア、ツブエル
2中のnチャネルMOSトラ/ノスタが、第3図(平面
図)、第4図(断面図)に示すようなチャネル幅が大き
いものでは、Pウェル2を左から右に見た抵抗R3は数
10にΩにもなる。
このときnチャネルMO8)ランノスタがチャネル長1
5μぐらいのものになると、例えばドレイン電圧6vぐ
らいで、基板に流れ出る正孔電流は数10μAにもなる
。このためR3における電圧降下はIVにも近くなるこ
とが有る。npnトラン・ゾスタのペース・エミッタ間
接触電位差は約0.4vであるため、第4図のB点近傍
のソース(れ+)/Pウェル(p)/基板(n)で構成
されるnpn )ランジスタTR2は導通状態となり、
前述したラッチアップ発生に至る。
5μぐらいのものになると、例えばドレイン電圧6vぐ
らいで、基板に流れ出る正孔電流は数10μAにもなる
。このためR3における電圧降下はIVにも近くなるこ
とが有る。npnトラン・ゾスタのペース・エミッタ間
接触電位差は約0.4vであるため、第4図のB点近傍
のソース(れ+)/Pウェル(p)/基板(n)で構成
されるnpn )ランジスタTR2は導通状態となり、
前述したラッチアップ発生に至る。
本発明は、微細素子を用いたCMO8集積回路において
効果的にラッチアップ現象を防止する構造を掃供するも
のである。
効果的にラッチアップ現象を防止する構造を掃供するも
のである。
CMO8においては、p’n両チャネル共に、ゲートし
きい値電圧に対する要請から基板領域の比抵抗を余り下
げることはできない。従ってラッチアップ現象を効果的
に防止するには、基板領域に流れる多数キャリアによる
電流をいかに上手に外部に取出すかが重要となる。
きい値電圧に対する要請から基板領域の比抵抗を余り下
げることはできない。従ってラッチアップ現象を効果的
に防止するには、基板領域に流れる多数キャリアによる
電流をいかに上手に外部に取出すかが重要となる。
本発明においては、CMOSトランジスタが形成された
各基板領域にソースに接してその基板領し 域翫同じ導電型の高不純物濃度層をソースより深く拡散
形成してなることを特徴としている。
各基板領域にソースに接してその基板領し 域翫同じ導電型の高不純物濃度層をソースより深く拡散
形成してなることを特徴としている。
本発明によれば、nチャネルMO8トランジスタ側では
ソースに接して設けたp 層がそのp型基板領域の正孔
電流を効果的に外部に取出し、同様にpチャネルMO8
)ランゾスタ側ではソースに接して設けたn+層がその
n型基板領域の電子電流を効果的に外部に取出すことが
できる。
ソースに接して設けたp 層がそのp型基板領域の正孔
電流を効果的に外部に取出し、同様にpチャネルMO8
)ランゾスタ側ではソースに接して設けたn+層がその
n型基板領域の電子電流を効果的に外部に取出すことが
できる。
この結果、ドレイン近傍で強電界効果がおこり易い実効
チャネル長2μm以下の微細素子を用いたCMO8にお
いても、ラッチアップ現象の発生を確実に防止すること
ができる。
チャネル長2μm以下の微細素子を用いたCMO8にお
いても、ラッチアップ現象の発生を確実に防止すること
ができる。
本発明の一実施例の構成を第5図に示す。n型Si基板
11を用い、これにPウェル12を形成し、n型基板1
1にp のドレイン13、ソース14およびダート電極
15からなるpチャネルMO8)ランゾスタを形成し、
Pウェル12にn+ドレイン17、ソース18およびケ
9−ト電極19からなるnチャネルMO8トランジスタ
を形成している。以上の基本構成は従来と変らない。
11を用い、これにPウェル12を形成し、n型基板1
1にp のドレイン13、ソース14およびダート電極
15からなるpチャネルMO8)ランゾスタを形成し、
Pウェル12にn+ドレイン17、ソース18およびケ
9−ト電極19からなるnチャネルMO8トランジスタ
を形成している。以上の基本構成は従来と変らない。
本実施例で−はnチャネルMO8トランジスタのソース
18に接してこれよシ十分深い拡散深さをもってp 層
20を設ける。このp 層20はソース18と共通にV
!18 (例えばOV)に接続している。また、pチャ
ネルMo8トラン、ゾスタ側でもソース14に接してこ
れより十分深い拡散深さをもってn+層16を設ける。
18に接してこれよシ十分深い拡散深さをもってp 層
20を設ける。このp 層20はソース18と共通にV
!18 (例えばOV)に接続している。また、pチャ
ネルMo8トラン、ゾスタ側でもソース14に接してこ
れより十分深い拡散深さをもってn+層16を設ける。
そしてこのn塙16はやはりソース14と共通にしてV
DD (例えば+5v)に接続している。
DD (例えば+5v)に接続している。
なお、p 層20け前述した強電界効果により基板電
流(正孔)が発生するチャネル領域に出来るだけ近くな
るように、即ち図に示すとおりドレイン170幅L1に
対し、ソース18の幅L2が小となるようにソース18
に重ねて形成することが望ましい。pチャネル側のnN
16に関しても同様である。また各ソース111.14
に対する電極は、それぞれp+層2θ、n+層16上に
連続的にまたがって接触するように設けることが、高集
積化に、とって好ましい。
流(正孔)が発生するチャネル領域に出来るだけ近くな
るように、即ち図に示すとおりドレイン170幅L1に
対し、ソース18の幅L2が小となるようにソース18
に重ねて形成することが望ましい。pチャネル側のnN
16に関しても同様である。また各ソース111.14
に対する電極は、それぞれp+層2θ、n+層16上に
連続的にまたがって接触するように設けることが、高集
積化に、とって好ましい。
この実施例によれば、Pウェル12内でnチャネルMO
8)ランジスタのドレイン近傍での強電界効果により正
孔電流が発生したとしても、゛この正孔電流は長いパス
を流れることなくp+層20によって効果的に外部に取
出される。pチャネルMOSトランジスタ側でも同様に
、基板に発生する電子電流は、nJ16によって効果的
に外部に取出される。従って寄生パイ?−ラトランジス
タがオンすることがなく、ラッチアップ現象は確実に防
止される。
8)ランジスタのドレイン近傍での強電界効果により正
孔電流が発生したとしても、゛この正孔電流は長いパス
を流れることなくp+層20によって効果的に外部に取
出される。pチャネルMOSトランジスタ側でも同様に
、基板に発生する電子電流は、nJ16によって効果的
に外部に取出される。従って寄生パイ?−ラトランジス
タがオンすることがなく、ラッチアップ現象は確実に防
止される。
第1図は従来のCMO8集積回路の構成を示す図、第2
図はそのラッチアップ現象を説明するだめの等価回路図
、第3図および第4図はそれぞれチャネル幅の大きいM
OS )ランノスタでの強電効果を説明するだめの平面
図と断面図、第5図は本発明の一実施例のCMO8集積
回路の構成を示す図である。 1−1− n型S1基板、12−Pウェル、13゜17
・・・ドレイン、14.18・・・ソース、15゜19
・・・ダート電極、16・・・n層、20・・・9層。
図はそのラッチアップ現象を説明するだめの等価回路図
、第3図および第4図はそれぞれチャネル幅の大きいM
OS )ランノスタでの強電効果を説明するだめの平面
図と断面図、第5図は本発明の一実施例のCMO8集積
回路の構成を示す図である。 1−1− n型S1基板、12−Pウェル、13゜17
・・・ドレイン、14.18・・・ソース、15゜19
・・・ダート電極、16・・・n層、20・・・9層。
Claims (2)
- (1) −導電型半導体基板に逆導電1(リウェルを
形成し、ウェル内外の各基板領域にそれぞれ異なる導4
チャネルのMo8 )ランソスタを形成してなるCMO
8集積回路装置において、前記各基板領域に、MoSト
ランジスタのソースに接してその基板領域と同じ導電型
の高不純物濃度層をソースより深く拡散形成してなるこ
とを特徴とするCN4O8集積回路装置。 - (2) 前記ソースとこれに接して形成される高不純
物濃度層の両者に接するようにソース電極を配設した特
許請求の範囲第1項記載のCMO8集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57171874A JPS5961164A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | Cmos集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57171874A JPS5961164A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | Cmos集積回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961164A true JPS5961164A (ja) | 1984-04-07 |
Family
ID=15931388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57171874A Pending JPS5961164A (ja) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | Cmos集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5961164A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5546504A (en) * | 1978-09-28 | 1980-04-01 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
| JPS5771169A (en) * | 1980-10-21 | 1982-05-01 | Nec Corp | Semiconductor integrated circuit device |
-
1982
- 1982-09-30 JP JP57171874A patent/JPS5961164A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5546504A (en) * | 1978-09-28 | 1980-04-01 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
| JPS5771169A (en) * | 1980-10-21 | 1982-05-01 | Nec Corp | Semiconductor integrated circuit device |
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