JP2838836B2 - 半導体集積回路及び半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路及び半導体集積回路装置Info
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Description
に侵入する異常電圧からアナログ増幅回路等の内部回路
を保護する回路素子に関し、 該内部回路の低出力インピーダンス条件を維持しつ
つ、入出力素子の静電耐圧を向上を図ることを目的と
し、 その回路は、パッドと、出力端子及び複数の入力端子
を備えた内部回路と、前記出力端子と前記パッドとの間
に直列接続された複数の第1の抵抗素子と、これらの第
1の抵抗素子と高電位側電源線及び低電位側電源線との
間に接続された複数の第1のダイオード素子とにより構
成された第1の保護回路と、前記複数の入力端子のうち
の1つの端子と前記パッドとの間に直列接続された複数
の第2の抵抗素子と、これらの第2の抵抗素子と前記高
電位側電源線及び前記低電位側電源線との間に接続され
た複数の第2のダイオード素子とにより構成された第2
の保護回路とを有し、前記第2の抵抗素子の抵抗値が前
記第1の抵抗素子の抵抗値よりも大きいことを含み構成
する。
数の入力端子を有する内部回路と、前記半導体基板に形
成され、相互に離隔した位置に第1及び第2の接続部を
有する第1の一導電型不純物拡散層と、前記半導体基板
に前記第1の一導電型不純物拡散層に隣接して形成さ
れ、相互に離隔した位置に第3及び第4の接続部を有す
る第1の反対導電型不純物拡散層と、前記半導体基板に
形成され、相互に離隔した位置に第5及び第6の接続部
を有する第2の一導電型不純物拡散層と、前記半導体基
板に前記第2の一導電型不純物拡散層に隣接して形成さ
れ、相互に離隔した位置に第7及び第8の接続部を有す
る第2の反対導電型不純物拡散層と、前記半導体基板に
前記第2の反対導電型不純物拡散層に隣接して形成さ
れ、相互に離隔した位置に第9及び第10の接続部を有す
る高抵抗層と、前記第1及び第5の接続部とパットとを
接続する第1の配線層と、前記第2接続部と前記第3の
接続部とを接続する第2の配線層と、前記第4の接続部
と前記内部回路の前記出力端子とを接続する第3の配線
層と、前記第6の接続部と前記第7の接続部とを接続す
る第4の配線層と、前記第8の接続部と前記第9の接続
部とを接続する第5の配線層と、前記第10の接続部と前
記内部回路の前記複数の入力端子のうちの1つの端子と
を接続する第6の配線層とを含み構成する。
関するものであり、更に詳しく言えば不本意に侵入する
異常電圧からアナログ増幅回路等の内部回路を保護する
回路素子に関するものである。
(以下ICという)が携帯用小型電子機器に多く組み込ま
れている。
ボルテージフォロア回路では演算増幅器の出力端子と反
転入力端子とを短絡した状態でパッドに接続しなくては
ならない。
求されることから、低抵抗の保護回路を挿入して、静電
耐圧の向上を図っている。
意に異常電圧が侵入した場合に、低抵抗の保護回路によ
り該異常電圧の影響を取り除くことができずに、該出力
素子の反転入力端子に異常電圧が波及する恐れがある。
しつつ、入出力素子を保護することができる入出力保護
回路が望まれている。
構成図を示している。
電圧回路装置(バッファアンプ)は、パッド1,オペアン
プ等の内部増幅回路2及び出力保護回路3から成る。
らの入力電圧Eiを入力して、増幅度1をもって出力イン
ピーダンスの低い回路に出力電圧E0=Eiを出力するもの
である。すなわち、電圧を変えずに入力インピーダンス
を極めて低い出力インピーダンスに変換するボルテージ
ホロワの機能を持つものである。
IN(−)とを短絡した状態でパッド1に接続しなくては
ならない。
求されることから、パッド1に不本意に侵入する異常電
圧Ehに対して、出力端子OTと該パッド1との間に出力保
護回路3を接続してその保護を図っている。
低抵抗素子Ra,Rbと、該低抵抗素子Raと接地線GNDとの
間に接続された第1のダイオードDaと、該低抵抗素子Rb
と電源線VCCとの間に接続された第2のダイオードDbか
ら構成されている。
なわち、第7図は従来例に係る出力保護回路の抵抗配置
パターン図である。
型不純物拡散層4から成り、低抵抗素子Rbは同様に設け
られたN型不純物拡散層5から成る。両拡散層4,5間
は、コンタクトホール8を介して配線層6により接続さ
れている。また、第1,第2のダイオードDa,Dbは、Si基
板7と各拡散層4,5のPN接合により形成する。
たものとすれば、まず、該異常電圧Ehを低抵抗素子Raを
介して減衰させ、それを第1のダイオードDaを介して接
地線GNDに放電させる。また、それを低抵抗素子Rbによ
り、さらに減衰させて第2のダイオードDbを介して電源
線VCCに放電させる。
る。
ンピーダンスが要求されることから低抵抗素子Ra,Rbの
値を大きくすることができない。
場合、低抵抗素子Ra,Rb及び第1,2のダイオードDa,Dbに
より放電除去しきれなかった未放電電荷qが内部増幅回
路2の反転入力端子IN(−)に達する恐れがある。
て、内部トランジスタのPN接合部やゲート部分が破壊さ
れるという問題がある。なお、この現象は半導体素子の
微細化及びゲート酸化膜の薄膜化に伴い顕著となってい
る。
のであり、内部回路の低出力インピーダンス条件を維持
しつつ、入出力素子の静電耐圧を向上を図ることが可能
となる半導体集積回路及び半導体集積回路装置の提供を
目的とする。
り、第2図は、本発明に係る半導体集積回路装置の原理
図をそれぞれ示している。
数の入力端子(IN1〜INn)を備えた内部回路(12)と、
前記出力端子(OT)と前記パッド(11)との間に直列接
続された複数の第1の抵抗素子(R11,R12,…,R1n)と、
これらの第1の抵抗素子(R11,R12,…,R1n)と高電位側
電源線(Vcc)及び低電位側電源線(GND)との間に接続
された複数の第1のダイオード素子(D11,D12,…,D1n)
とにより構成された第1の保護回路(13)と、前記複数
の入力端子(IN1〜INn)のうちの1つの端子(INi)と
前記パッド(11)との間に直列接続された複数の第2の
抵抗素子(R21,R22,…,R2n)と、これらの第2の抵抗素
子(R21,R22,…,R2n)と前記高電位側電源線(Vcc)及
び前記低電位側電源線(GND)との間に接続された複数
の第2のダイオード素子(D21,D22,…,D2n)とにより構
成された第2の保護回路(14)とを有し、前記第2の抵
抗素子(21,R22,…,R2n)の抵抗値が前記第1の抵抗素
子(R11,R12,…,R1n)の抵抗値よりも大きいことを特徴
とし、上記目的を達成する。
素子(Q)を含み構成され、前記バイポーラトランジス
タ素子(Q)のベース(B)が複数の入力端子(IN1〜I
Nn)のいずれか1つの端子(INn)に接続されていても
よい。また、前記内部回路(11)が電界効果トランジス
タ素子(T)を含み構成され、前記電界効果トランジス
タ素子(T)のゲート(G)が前記複数の入力端子(IN
1〜INn)のいずれか1つの端子(INn)に接続されてい
てもよい。
(OT)及び複数の入力端子(IN1〜INn)を有する内部回
路(22)と、前記半導体基板(25)に形成され、相互に
離隔した位置に第1及び第2の接続部(J1,J2)を有す
る第1の一導電型不純物拡散層(P1)と、前記半導体基
板(25)に前記第1の一導電型不純物拡散層(P1)に隣
接して形成され、相互に離隔した位置に第3及び第4の
接続部(J3,J4)を有する第1の反対導電型不純物拡散
層(N1)と、前記半導体基板(25)に形成され、相互に
離隔した位置に第5及び第6の接続部(J5,J6)を有す
る第2の一導電型不純物拡散層(P2)と、前記半導体基
板(25)に前記第2の一導電型不純物拡散層(P2)に隣
接して形成され、相互に離隔した位置に第7及び第8の
接続部(J7,J8)を有する第2の反対導電型不純物拡散
層(N2)と、前記半導体基板(25)に前記第2の反対導
電型不純物拡散層(N2)に隣接して形成され、相互に離
隔した位置に第9及び第10の接続部(J9,J10)を有する
高抵抗層と、前記第1及び第5の接続部(J1,J5)とパ
ッド(11)とを接続する第1の配線層(H1)と、前記第
2接続部(J2)と前記第3の接続部(J3)とを接続する
第2の配線層(H2)と、前記第4の接続部(J4)と前記
内部回路(22)の前記出力端子(OT)とを接続する第3
の配線層(H3)と、前記第6の接続部(J6)と前記第7
の接続部(J7)とを接続する第4の配線層(H4)と、前
記第8の接続部(J8)と前記第9の接続部(J9)とを接
続する第5の配線層(H5)と、前記第10の接続部(J1
0)と前記内部回路(22)の前記複数の入力端子(IN1〜
INn)のうちの1つの端子(INi)とを接続する第6の配
線層(H6)とを有することを特徴とし、上記目的を達成
する。
離(L1)、前記第3及び第4の接続部(J3,J4)間の距
離(L2)が、前記第5及び第6の接続部(J5,J6)間の
距離(L3)、前記第7及び第8の接続部(J7,J8)間の
距離(L4)よりも大きく設定されていることが好まし
い。
ッド11との間に第1の保護回路13が接続され、その入力
端子IN1,IN2…INnの一端子INiとパッド11との間に第2
の保護回路14が接続されている。
場合に、第1の保護回路13により内部回路12の出力トラ
ンジスタ等を保護することができる。すなわち、パッド
11に不本意に侵入した異常電圧Ehが出力端子OTとパッド
11との間に接続された第1の抵抗素子R11,R12…R1nと、
該第1の抵抗素子R11、R12…R1nに接続された第1のダ
イオード素子D11,D12…D1nとにより、高電位側電源線V
CC又は低電位側電源線GNDに放電される。
ンジスタ等を保護することができる。すなわち、パッド
11に不本意に侵入した異常電圧Ehが第1の保護回路13か
ら分岐して、第2の保護回路14に波及した場合に、内部
回路12の入力端子IN1,IN2…INnの一端子INiとパッド11
との間に接続され、かつ、第1の抵抗素子R11,R12…R1n
の抵抗値より、例えば、数百倍に設定された第2の抵抗
素子R21,R22…R2nと、該第2の抵抗素子R21,R22…R2nに
接続された第2のダイオード素子D21,D22…D2nとによ
り、それが高電位側電源線VCC又は低電位側電源線GND
に放電される。
果トランジスタ素子Tを含み構成された内部回路12の入
力端子IN1,IN2…INnの一端子INi、すなわち、各トラン
ジスタのベースBやゲートGへの異常電圧Ehの波及を極
力阻止することができる。
第1の抵抗素子R11,R12,…,R2nの抵抗値はよりも大きく
設定されているため、出力インピーダンスを低く維持し
たまま、入力端子INiの見かけ上のインピーダンスを高
くすることができる。
離L1の第1,第2の接続部J1,J2が設けられた第1の一導
電型の不純物拡散層P1と、それに隣接して、接続部間の
距離L2の第3,第4の接続部J3,J4が設けられた第1の反
対導電型の不純物拡散層NIから成る第1の保護回路23及
び、接続部間の距離L3の第5、第6の接続部J5,J6が設
けられた第2の一導電型の不純物拡散層P2と、それに隣
接して、接続部間の距離L4の第7,第8の接続部J7,J8が
設けられた第2の反対導電型の不純物拡散層N2と、それ
に隣接して、接続部間の距離L5の第9,第10の接続部J9,J
10が設けられた高抵抗層26から成る第2の保護回路24が
同一基板25に配置されている。
た場合、第1の配線層H1を介して第1,第5の接続部J1,J
5に達した初期帯電状態に係る電圧Ehが第1,第2の一導
電型の不純物拡散層P1,P2により吸収される。次いで、
両拡散層P1,P2により吸収仕切れなかった異常電圧に係
る未放電電荷が第2,第6の接続部J2,J6から第2,第4の
配線層H2、H4を介して第3,第7の接続部J3,J7に達して
第1,第2の反対導電型の不純物拡散層N1,N2により吸収
される。
切れなかった異常電圧に係る未放電電荷は、さらに、第
8の接続部J8から第5の配線層H5を介して第9の接続部
J9に達して高抵抗層26により吸収される。
初期帯電時に素早く取り除くことが可能となる。
する。
及び半導体集積回路装置を説明する図である。
ォロア回路の構成図を示している。
ージフォロア回路は、パッド31,内部増幅回路32及び入
出力保護回路35から成る。
を主構成とする差動増幅回路(オペアンプ等)から成
る。また、トランジスタQ1のベースB1は、反転入力端子
IN(−)となるものである。
パッド31との間に接続された第1の保護回路33と、増幅
回路32の反転入力端子IN(−)とパッド31との間に接続
された第2の保護回路34から成る。
続された第1の抵抗素子R11,R12と、該第1の抵抗素子R
11,R12に接続された第1のダイオード素子D11,D12から
成る。
1との間に等価的に寄生する場合,すなわち、ダイオー
ド素子D11,D12を形成した際の引出電極や配線等により
形成される場合があるので、敢えて挿入しないこともあ
る。また、ダイオード素子D11は、抵抗素子R11と接地線
GND間に接続され、ダイオード素子D12は、抵抗素子R12
と電源線VCC間に接続されている。
31との間に接続された第2の抵抗素子R21,R22と、該第
2の抵抗素子R21,R22に接続された第2のダイオード素
子D21,D22から成る。この第2の抵抗素子R21,R22の抵抗
値は、第1の抵抗素子R11,R12の抵抗値よりも大きく設
定されている。例えば、抵抗素子R21,R22の抵抗値は、
抵抗素子R11,R12の抵抗値の約百倍程度にされている。
ことができる。すなわち、入力インピーダンスの高い回
路(∞)からの入力電圧Eiを入力して、増幅度Av=〔∞
+(R21+R22)〕/∞=1をもって出力インピーダンス
の低い回路R11+R12に出力電圧E0=Eiを出力することで
きる。従って、電圧を変えることなく入力インピーダン
スを極めて低い出力インピーダンスに変換する機能は失
われない。
子OTと反転入力端子IN(−)とを短絡した状態と等価的
な状態になる。
ND間に接続され、ダイオード素子D22は、抵抗素子R22と
電源線VCC間に接続されている。
路32の出力端子OTとパッド31との間に第1の保護回路33
が接続され、その反転入力端子IN(−)とパッド31との
間に第2の保護回路34が接続されている。
場合に、第1の保護回路33により内部増幅回路32の出力
トランジスタ等を保護することができる。すなわち、パ
ッド31に不本意に侵入した異常電圧Ehが出力端子OTとパ
ッド31との間に接続された第1の抵抗素子R11,R12と、
該第1の抵抗素子R11,R12に接続された第1のダイオー
ド素子D11,D12により、電源線VCC又は接地線GNDに放
電される。
トランジスタQ1等を保護することができる。すなわち、
パッド31に不本意に侵入した異常電圧Ehが第1の保護回
路33から分岐して、第2の保護回路34に波及した場合
に、内部増幅回路32の反転入力端子IN(−)とパッド11
との間に接続され、かつ、第1の抵抗素子R11,R12の抵
抗値よりも数百倍に設定された第2の抵抗素子R21,R22
と、該第2の抵抗素子R21,R22に接続された第2のダイ
オード素子D21,D22により、それが電源線VCC又は接地
線GNDに放電される。
成された内部増幅回路32のベースBへの異常電圧Ehの波
及を極力阻止することが可能となる。
維持しつつ、入出力素子の静電耐圧を向上を図ることが
可能となる。
抵抗配置パターン図であり、第3図のボルテージフォロ
ア回路を含む半導体集積回路装置の説明図を示してい
る。
と第2の保護回路パターン44とがパッド31となるパッド
41に近接して配置されていることを特徴としている。な
お、内部増幅回路32のトランジスタパターンについて
は、図を省略する。
回路パターン44がSi基板45に並設されている。
ホールJ1,J2が設けられた第1のp型の不純物拡散層P1
と、該第1のp型の不純物拡散層P1に隣接して、第3,第
4のコンタクトホールJ3,J4が設けられた第1の反対導
電型の不純物拡散層N1から成る。
パターン44の第5のコンタクトホールJ5と共に第1のア
ルミ配線層H1により接続されてパッド11に接続されてい
る。さらに、第2,第3のコンタクトホールJ2,J3間は、
第2のアルミ配線層H2により接続されている。なお、第
4のコンタクトホールJ4が第3のアルミ配線層H3により
接続されて内部増幅回路32の出力端子OTに接続されてい
る。
ホールJ5,J6が設けられた第2のp型の不純物拡散層P2
と、第2のp型の不純物拡散層P2に隣接して、第7,第8
のコンタクトホールJ7,J8が設けられた第2のn型の不
純物拡散層N2と、該第2のn型の不純物拡散層N2に隣接
して、第9,第10のコンタクトホールJ9,J10が設けられた
高抵抗層46から成る。
アルミ配線層H4により接続され、第8、第9のコンタク
トホールJ8,J9間が第5のアルミ配線層H5により接続さ
れている。
線層H6により接続されて内部増幅回路32の反転入力端子
IN(−)に接続されている。
離L1及び第3,第4のコンタクトホールJ3,J4間の窓間距
離L2は、第5,第6のコンタクトホールJ5,J6間の窓間距
離L3、第7、第8のコンタクトホールJ7,J8間の窓間距
離L4及び第9,第10のコンタクトホールJ9,J10間の窓間距
離L5よりも長くして配置されている。
抵抗素子R11,R12及び第2の保護回路34に係る第1の抵
抗素子R21,R22の抵抗値の調整が同一マスクを用いて、
容易に行うことができる。
ば、第1の保護回路パターン43及び第2の保護回路パタ
ーン44がパッド41に近接して配置されている。
た場合、第1のアルミ配線層H1を介して第1,第5のコン
タクトホールJ1,J5に達した初期帯電状態に係る電圧Eh
が第1,第2のp型不純物拡散層P1,P2により減衰され
る。次いで、両拡散層P1,P2により減衰仕切れなかった
異常電圧に係る未放電電荷が第2,第6のコンタクトホー
ルJ2,J6から第2,第4のアルミ配線層H2,H4により第3,第
7のコンタクトホールJ3,J7に達して第1,第2のn型不
純物拡散層N1,N2により減衰される。
った異常電圧に係る未放電電荷は、さらに、第8のコン
タクトホールJ8から第5のアルミ配線層H5を介して第9
のコンタクトホールJ9に達して高抵抗層26により減衰さ
れる。
時に素早く異常電圧の影響を取り除くことが可能とな
る。
ォロア回路の構造図である。
では、内部増幅回路42が電界効果トランジスタT1,T2を
含み構成されているものである。
パッド31との間に入出力保護回路35が設けられている。
なる電界効果トランジスタT1のゲートGとパッド31との
間に、第2の抵抗素子R21,R22と、該第2の抵抗素子R2
1、R22に接続された第2のダイオード素子D21,D22から
成る第2の保護回路34が接続されている。
された内部増幅回路42のゲートGへの異常電圧Ehの波及
を極力阻止することが可能となる。
条件を維持しつつ、入出力素子の静電耐圧を向上を図る
ことが可能となる。
の出力端子とパッドとの間に第1の保護回路が接続さ
れ、その入力端子の一端子とパンドとの間に第2の保護
回路が接続されている。
合に、第1の保護回路により内部回路の出力トランジス
タ等を保護することができる。また、第2の保護回路に
より内部回路の入力トランジスタ等を保護することがで
きる。
体基板に、第1及び第2の一導電型不純物拡散層、第1
及び第2の反対導電型不純物拡散層並びに高抵抗層が形
成されており、これらの不純物拡散層、高抵抗層及び内
部回路が第1〜第6の配線層により選択的に接続されて
いるので、上記構造の半導体集積回路が実現される。
維持しつつ、入出力素子の静電耐圧を向上を図ることが
可能となる。
ロア回路の構成図、 第4図は、本発明の各実施例に係る入出力保護回路の抵
抗配置パターン図、 第5図は、本発明の第2の実施例に係るボルテージフォ
ロア回路の構成図、 第6図は、従来例に係る半導体集積回路装置の構成図、 第7図は、従来例に係る出力保護回路の抵抗配置パター
ン図である。 (符号の説明) 11……パッド、 12,22……内部回路、 13,23……第1の保護回路、 14,24……第2の保護回路、 25……同一基板、 R11〜R1n……第1の抵抗素子、 R21〜R2n……第2の抵抗素子、 D11〜D1n……第1のダイオード素子、 D21〜D2n……第2のダイオード素子、 Q……バイポーラトランジスタ素子、 T……電界効果トランジスタ素子、 IN1〜INn……入力端子、 OT……出力端子、 VCC……高電位側電源線、 GND……低電位側電源線、 H1〜H6……第1〜第6の配線層(第1〜第6のアルミ配
線層)、 J1〜J10……第1〜第10の接続部 P1,P2……第1,第2の一導電型の不純物拡散層(第1,第
2のp型不純物拡散層)、 N1,N2……第1,第2の反対導電型の不純物拡散層(第1,
第2のn型不純物拡散層)、 L1〜L5……距離(窓間距離)。
Claims (6)
- 【請求項1】パッドと、 出力端子及び複数の入力端子を備えた内部回路と、 前記出力端子と前記パッドとの間に直列接続された複数
の第1の抵抗素子と、これらの第1の抵抗素子と高電位
側電源線及び低電位側電源線との間に接続された複数の
第1のダイオード素子とにより構成された第1の保護回
路と、 前記複数の入力端子のうちの1つの端子と前記パッドと
の間に直列接続された複数の第2の抵抗素子と、これら
の第2の抵抗素子と前記高電位側電源線及び前記低電位
側電源線との間に接続された複数の第2のダイオード素
子とにより構成された第2の保護回路とを有し、 前記第2の抵抗素子の抵抗値が前記第1の抵抗素子の抵
抗値よりも大きいことを特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項2】請求項1に記載の半導体集積回路におい
て、 前記内部回路がバイポーラトランジスタ素子を含み構成
され、前記バイポーラトランジスタ素子のベースが前記
複数の入力端子のうちの1つの端子に接続されているこ
とを特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項3】請求項1に記載の半導体集積回路におい
て、 前記内部回路が電界効果トランジスタ素子を含み構成さ
れ、前記電界効果トランジスタ素子のゲートが前記複数
の入力端子のうちの1つの端子に接続されていることを
特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項4】請求項1に記載の半導体集積回路におい
て、 前記第1及び第2のダイオード素子は、電源線又は接地
線に接続されていることを特徴とする半導体集積回路。 - 【請求項5】半導体基板に形成され、出力端子及び複数
の入力端子を有する内部回路と、 前記半導体基板に形成され、相互に離隔した位置に第1
及び第2の接続部を有する第1の一導電型不純物拡散層
と、 前記半導体基板に前記第1の一導電型不純物拡散層に隣
接して形成され、相互に離隔した位置に第3及び第4の
接続部を有する第1の反対導電型不純物拡散層と、 前記半導体基板に形成され、相互に離隔した位置に第5
及び第6の接続部を有する第2の一導電型不純物拡散層
と、 前記半導体基板に前記第2の一導電型不純物拡散層に隣
接して形成され、相互に離隔した位置に第7及び第8の
接続部を有する第2の反対導電型不純物拡散層と、 前記半導体基板に前記第2の反対導電型不純物拡散層に
隣接して形成され、相互に離隔した位置に第9及び第10
の接続部を有する高抵抗層と、 前記第1及び第5の接続部とパッドとを接続する第1の
配線層と、 前記第2の接続部と前記第3の接続部とを接続する第2
の配線層と、 前記第4の接続部と前記内部回路の前記出力端子とを接
続する第3の配線層と、 前記第6の接続部と前記第7の接続部とを接続する第4
の配線層と、 前記第8の接続部と前記第9の接続部とを接続する第5
の配線層と、 前記第10の接続部と前記内部回路の前記複数の入力端子
のうちの1つの端子とを接続する第6の配線層と を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項6】請求項5に記載の半導体集積回路装置にお
いて、 前記第1及び第2の接続部の間の距離、前記第3及び第
4の接続部間の距離が、前記第5及び第6の接続部間の
距離、前記第7及び第8の接続部間の距離よりも大きく
設定されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
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