JP4552266B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路装置に関し、例えば不良アドレスの記憶と比較回路を含む不良救済回路に利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体記憶装置の不良救済技術の例として、培風館発行の「超LSIメモリ」伊藤清男著、pp.181 ‐183 がある。この文献においては、救済ヒューズセツトと,冗長メモリセルを1対1に対応させ救済アドレスをプログラムするというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
DRAMの高集積化に伴い、チップ当りの不良ビット数は増加傾向にある。高歩留りを維持しようとすると、ヒューズ本数及び冗長メモリセル数を増加する必要があり、救済回路の面積増大が問題となる。例えば、不良救済回路の例として、図8に示すような1アドレス/2ヒューズ型(2ヒューズ+2MOS)と図9に示すような1アドレス/1ヒューズ型がある。図9の1アドレス/1ヒューズ型救済回路では、パワーアップ時にヒューズ情報を読み出しラッチすることにより、ヒューズを1本で構成する。この1アドレス/1ヒューズ型救済回路は、図8の1アドレス/2ヒューズ型と比べ、比較的大きな占有面積を有するヒューズが上記のように1本で済むが、ヒューズ付属回路として読み出し回路(1MOS)とラッチ回路(5MOS)及びアドレス比較回路(4MOS)が必要となり、トータル面積は小さくならない。
【0004】
この発明の目的は、小面積による情報記憶比較回路を備えた半導体集積回路装置を提供することにある。この発明の他の目的は、省面積・高効率救済を実現した救済回路を備えた半導体集積回路装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。相補の入力信号の各々がゲート供給された第1と第2のMOSFETの一方のソース,ドレインを出力線に接続し、上記第1のMOSFETの他方のソース,ドレインと基準電位との間にヒューズを設け、上記ヒューズに対してその切断の有無に対応したハイレベル/ロウレベルの電圧信号を形成する読み出し回路を設け、上記電圧信号がゲートに供給された第3MOSFETを上記第2のMOSFETの他方のソース,ドレインと基準電圧との設けてなる単位回路の複数個と、上記出力線に設けられたプリチャージ回路とラッチ回路とにより、複数の入力信号と上記ヒューズにに記憶された複数の記憶情報との比較一致信号を得る。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明に係る情報記憶比較回路の一実施例の回路図が示されている。特に制限されないが、この実施例の情報記憶比較回路は、半導体記憶装置の不良救済回路に向けられている。この実施例の各回路素子は、公知の半導体集積回路の製造技術によって、半導体記憶回路を構成する他の回路素子とともに単結晶シリコンのような1個の半導体基板上において形成される。
【0007】
この実施例の不良救済回路は、1アドレスを1ヒューズ+4MOSで記憶と比較を行なうものである。すなわち、1本のヒューズの切断/非切断(cut/uncut )をアドレス信号のハイレベル/ロウレベル(H/L)に対応させ、1本のヒューズF0で1アドレスa0を記憶する。例えば、記憶すべき不良アドレスに対応したトルー(True)のアドレス信号a0がハイレベル(H)のときにヒューズF0は切断(cut)される。上記記憶すべき不良アドレスに対応したトルー(True)のアドレス信号a0がロウレベル(L)のときにヒューズF0は非切断(uncut)とされる。このことは、記憶すべき不良アドレスに対応したバー(Bar) のアドレス信号/a0でみると、それがロウレベル(L)のときにヒューズF0は切断(cut)され、ハイレベル(H)のときにヒューズF0は非切断(uncut)とされるものである。
【0008】
この実施例では、ヒューズ情報をACTVコマンドが入力されてからダイナミックに読み出すことにより,救済アドレスラッチ回路を削減することに特徴を有する。すなわち、ヒューズF0が切断(cut)された状態は、アドレス信号のTrue側(a0)によりいわば直接的に比較し、ヒューズF0が非切断(uncut)された状態は、図2の概略波形図に示すように、アドレスのBar 側(/a0)において救済アドレスがアクティブコマンドACTVが入力されてからアドレス信号が活性化されるまでの間のプリチャージ期間に記憶ノードに読み出し、入力アドレスと比較する。
【0009】
例えば、アドレス信号が13ビットからなるとき、13個のアドレス記憶単位からなる単位回路と、かかるアドレス記憶単位の記憶情報が有効であるか否かを指示するイネーブルヒューズとが出力線にワイヤードオア論理で接続される。上記出力線には、プリチャージ信号PSをゲートに受け、電源電圧VDDのようなプリチャージ電圧を供給するPチャンネル型MOSFETQ5からなるプリチャージ回路が設けられる。そして、出力線に得られた比較一致出力は、インバータ回路IN1と、その入力端子と電源電圧VDDとの間に設けられ,ゲートに出力信号RMISTを受けるPチャンネル型MOSFETQ6からなるラッチ回路が設けられる。
【0010】
上記単位回路は、アドレス信号a0と/a0に対応した回路が代表として例示的に示されているように、救済アドレス読出回路とアドレス比較回路から構成される。アドレス比較回路は、Nチャンネル型MOSFETQ2なしいQ4とヒューズF0から構成される。上記MOSFETQ2とQ3の一方のソース,ドレインは出力線に接続される。MOSFETQ2とQ3の各々のゲートには、トルー側のアドレス信号a0とバー側のアドレス信号/a0が供給される。上記MOSFETQ2の他方のソース,ドレインと回路の接地電位VSSとの間には、ヒューズF0が設けられる。また、上記MOSFETQ2の他方のソース,ドレインは、上記MOSFETQ4のゲートに接続される。このMOSFETQ4のソース,ドレイン経路は、上記MOSFETQ3の他方のソース,ドレインと回路の接地電位VSSとの間に接続される。そして、上記MOSFETQ2とヒューズF0との接続点である記憶ノードと、出力線との間には救済アドレス読出回路を構成するPチャンネル型のMOSFETQ1が設けられる。
【0011】
前記のようにアドレス信号が13ビットからなるとき、残りのアドレス信号a1,/a1〜a12,/a12に対しても前記同様な単位回路が設けられる。そして、イネーブルヒューズは、上記単位回路のMOSFETQ1とヒューズF0と同様なMOSFETとヒューズからなる直列回路により構成される。このイネーブルヒューズは、前記のような13からなる単位回路に不良アドレスが記憶された状態のときにはヒューズが切断される。従つて、例えば、1つのワード線を救済するのに、14本のヒューズと53個のMOSで構成することができる。
【0012】
図3には、前記不良救済回路の動作の一例を説明するための波形図が示されている。同図には、冗長ヒット時の動作波形例が示されている。クロック信号CLLKに対応してACTV(アクティブ)コマンドが入力されてから、読み出し信号RSがロウレベルに活性化され、Pチャンネル型MOSFETQ1のオン状態により記憶ノードが出力線のプリチャージレベルに対応してハイレベルにプリチャージされる。その後、読み出し信号RSの非活性のハイレベルレベルによりMOSFETQ1がオフ状態になると、ヒューズF0の切断状況に応じて記憶ノードが変化する。
【0013】
すなわち,ヒューズF0が切断(cut)されていると、記億ノードがハイレベルに保持される。従って、アドレス信号のTrue側(a0)のハイレベルにより、MOSFETQ2がオン状態にされても、出力線のプリチャージ電位はそのままに維持される。したがって、出力信号RRMISTはロウレベルのままである。一方、ヒューズF0が非切断(uncut)だと、記憶ノードがロウレベルに引き抜かれる。これにより、記憶ノードのロウレベルがゲートに供給されたMOSFETQ4がオフ状態となるため、アドレス信号のBar 側(/a0)のハイレベルによりMOSFETQ3がオン状態となっても、出力線のプリチャージ電位はそのままに維持されて出力信号RRMISTはロウレベルのままである。このことは、前記残りのアドレス信号a1,/a1〜a13,/a13含めた全ビットについて同様である。このような冗長ヒット時の出力線のプリチャージ電圧は、出力信号RRMISTのロウレベルを受けてオン状態になるPチャンネル型MOSFETQ6のオン状態によりラッチされる。
【0014】
図4には、前記不良救済回路の動作の他の一例を説明するための波形図が示されている。同図には、冗長ミス時の動作波形例が示されている。前記同様にクロック信号CLLKに対応してACTV(アクティブ)コマンドが入力されてから、読み出し信号RSがロウレベルに活性化され、Pチャンネル型MOSFETQ1のオン状態により記憶ノードが出力線のプリチャージレベルに対応してハイレベルにプリチャージされる。その後、読み出し信号RSの非活性のハイレベルレベルによりMOSFETQ1がオフ状態になると、ヒューズF0の切断状況に応じて記憶ノードが変化する。
【0015】
すなわち,ヒューズF0が切断(cut)されていると、記億ノードがハイレベルに保持される。従って、MOSFETQ4がオン状態となっており、アドレスのBar 側(/a0)のハイレベル入力に対応してMOSFETQ2がオン状態となると、出力線をプリチャージ電位をロウレベルに引き抜く電流経路が形成されるためインバータ回路IN1により出力信号RRMISTがハイレベルとなる。これに対して、ヒューズF0が非切断(uncut)だと、記憶ノードがロウレベルに引き抜かれてMOSFETQ4はオフ状態となるが、アドレスのTrue側(a0)のハイレベルによりMOSFETQ2がオン状態となり、出力線のプリチャージ電位をディスチャージさせる経路が形成されて出力線をロウレベルにするので、インバータ回路IN1により出力信号RRMISTがハイレベルにされる。上記13個の単位回路のうち、いずれか1つでも救済アドレスと入力アドレスとが不一致だと上記冗長ミスの出力信号が形成される。
【0016】
以上のような救済アドレスの記憶動作と、入力アドレスとの比較動作とによって、救済判定が可能となるものである。この場合、アクセス時間としては(アドレスが確定するまでに時間的余裕があるため、ACTVコマンドが入力されてからヒューズ情報を読み出してもアクセス劣化とい問題は生じ無い。
【0017】
図5には、この発明に係る情報記憶比較回路の他の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、読み出し時にヒューズuncut 状態のときの貫通電流を低減させるために、言い換えるならば、低消費電力化のためにMOSFETQ7が追加される。つまり、各単位回路におけるヒューズの接地電位側を共通に接続し、MOSFETQ7を介して接地電位を供給するようにするものである。このMOSFETQ7の追加によって、読み出し信号RSにより、ヒューズの記憶状態を読み出すときのみに非切断のヒューズに電流が流れるため、低消費電力とすることができる。
【0018】
図6には、この発明を説明するためのレイアウト図が示さている。同図には、この発明の理解を容易すにために、前記図8や図9の不良救済回路のレイアウトも合わせて示されている。図8の不良救済回路は、MOSの数が最も少ないが、配線領域が必要。さらにヒューズが2本必要である。従って、(A)に示すようにヒューズ本数と配線数で面積が決まりそれを基準1とする。図9の不良救済回路は、ヒューズが1本で良いが、MOSの数が多く、面積的には(B)のように1.2のように大きくなってしまう(下地律束)。
【0019】
これに対して、本願発明に係る不良救済回路では、ヒューズの数も1本で良く、MOSの数も4個と少ない。従って図8と同様な配線領域を使ってMOSをレイアウトできるため、(C)に示すように半分のサイズ0.5でレイアウト可能となり、不良救済回路を大幅な面積低減が可能になる。そして、前記図5の実施例のようなMOSFET1個の追加することにより、大幅な低消費電力とすることができるものとなる。
【0020】
つまり、前記図8の不良救済回路では、1アドレスを2ヒューズ+2MOSで記憶する回路例である。すなわち,2本のヒューズをアドレスのH/L(True/bar)に対応させ、どちらを切るかでアドレスを記憶する。従って、256Mビットのようなダイナミック型RAMでは、Xアドレスが13アドレス(13ビット)有るため、1本のワード線を救済するのに、26本のヒューズと26個のMOSが必要となるものである。
【0021】
また、図9の不良救済回路では、1アドレスを1ヒューズ+10MOSで記憶する回路例である。1本のヒューズのcut/uncut をアドレスのH/Lに対応させ、1ヒューズで1アドレスを記憶する。ただし、未使用のヒューズセットにもアドレスが記憶されてしまうため、イネーブルヒューズを設ける。従つて、1ワード線当たり14本のヒューズと140個のものMOSが必要となるものである。
【0022】
これに対して、本願発明に係る不良救済回路では、1アドレスを1ヒューズ+4MOSで記憶と比較を行なうものである。すなわち、1本のヒューズの切断/非切断(cut/uncut )をアドレス信号のハイレベル/ロウレベル(H/L)に対応させ、1本のヒューズF0で1アドレスa0を記憶する。これにより、前記と同様な救済を14本のヒューズと53個のMOSで構成することができる。
【0023】
図7には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例のチップ全体構成図が示されている。特に制限されないが、この実施例の半導体記憶装置は、SDRAM(シンクロナス・ダイナミック型ランダム・アクセス・メモリ)に向けられており、公知の半導体集積回路の製造技術によって単結晶シリコンのような1つの半導体基板上に形成される。
【0024】
この実施例のSDRAMは、複数のメモリブロック又はバンクを構成するようチップが全体として8分割される。8つに分割された各々のブロックは、それぞれが同様な構成とされ、メモリアレイに一端に沿ってXデコーダXDCが設けられ、それと直交する方向のチップ中央寄りにYデコーダYDCとメインアンプMAが配置される。上記8個のメモリブロックは、2つが1組とされてXデコーダが隣接するよう上下対称的に配置される。また、上記各々2組のメモリブロックも、同図において上下対称的に配置される。また、チップの縦中央に設けられた救済回路(ヒューズ)を中心にして上記Yデコーダが互いに隣接するように左右対称的に配置される。
【0025】
1つのメモリブロックのメモリアレイ部は、上記Xデコーダから同図に縦方向に延びるワード線にそって複数個に分割されたアレイと、それぞれのアレイに設けられたサブワード線を、上記複数個のアレイを貫通するように配置されたメインワード線と、サブワード線選択線により選択されるという階層ワード線方式が採られる。これにより、サブワード線に接続されるメモリセルの数が減り、サブワード線選択動作を高速にする。
【0026】
同様に、メモリアレイ部は、YデコーダYDCから延びるY選択線にそって複数個に分割されたアレイを有し、各アレイ毎にビット線が分割される。これにより、ビット線に接続されるメモリセルの数が減り、メモリセルからビット線に読み出される信号電圧を確保するものである。メモリセルは、ダイナミック型メモリセルから構成され、記憶キャパシタに電荷が有るか無いかを情報の1と0に対応させるものであり、記憶キャパシタの電荷とビット線のプリチャージ電荷との電荷結合によって読み出し動作を行なうので、上記ビット線に接続されるメモリセルの減らすことによって、必要な信号量を確保することができる。
【0027】
上記のように分割されたアレイには、マトリクス配置されたダイナミック型メモリセルを備えており、図に従えば縦方向に配置されたメモリセルの選択端子は各列毎のワード線(図示せず)に結合され、横方向の同一行に配置されたメモリセルのデータ入出力端子は行毎にビット線に結合される。
【0028】
上記メモリアレイ部は、上記分割されたアレイの上下には、サブワードドライバSWDが配置され、アレイの左右にはセンスアンプSAが配置される。センスアンプSAには、カラム選択回路やビット線プリチャージ回路等が設けられており、ワード線(サブワード線)の選択によるメモリセルからのデータ読み出しによって夫々のビット線に現れる微小電位差をセンスアンプにより検出して増幅する。
【0029】
図示しないが、チップの中央部に次に説明するような周辺回路が適宜に設けられる。アドレス入力端子から供給されたアドレス信号は、ロウアドレスバッファ回路とカラムアドレスバッファにアドレスマルチプレクス形式で取り込まれる。供給されたアドレス信号はそれぞれのアドレスバッファが保持する。例えば、ロウアドレスバッファとカラムアドレスバッファは、1つのメモリサイクル期間にわたって上記取り込まれたアドレス信号をそれぞれ保持する。そして、チップの中央部には、前記のようなヒューズとアドレス比較を行なうMOSFET等からなる救済回路が設けられる。
【0030】
上記ロウアドレスバッファはリフレッシュ動作モードにおいてはリフレッシュ制御回路から出力されるリフレッシュアドレス信号をロウアドレス信号として取り込む。この実施例では、特に制限されないが、クロック発生回路を介して上記リフレッシュアドレス信号をロウアドレス信号として取り込むようにされている。カラムアドレスバッファに取り込まれたアドレス信号は、制御回路に含まれるカラムアドレスカウンタにプリセットデータとして供給される。上記カラムアドレスカウンタは後述のコマンドなどで指定される動作モードに応じて、上記プリセットデータとしてのカラムアドレス信号、又はそのカラムアドレス信号を順次インクリメントした値を、YデコーダYDCに向けて出力する。
【0031】
制御回路は、特に制限されなが、クロック信号、クロックイネーブル信号、チップセレクト信号、カラムアドレスストローブ信号、ロウアドレスストローブ信号、ライトイネーブル信号、データ入出力マスクコントロール信号などの外部制御信号と、メモリバンクに対応されたアドレス信号とが供給され、それらの信号のレベルの変化やタイミングなどに基づいてSDRAMの動作モード等の各種制御信号とそれに対応した各種タイミング信号を形成し、そのためのコントロールロジックとモードレジスタを備える。
【0032】
上記チップセレクト信号がハイレベルのとき(チップ非選択状態)やその他の入力は意味を持たない。但し、メモリバンクの選択状態やバースト動作などの内部動作はチップ非選択状態への変化によって影響されない。カラムアドレスストローブ信号、ロウアドレスストローブ信号、ライトイネーブル信号の各信号は通常のDRAMにおける対応信号とは機能が相違され、コマンドサイクルを定義するときに有意の信号とされる。
【0033】
上記のようなDRAMのチップ面積低減手法としては、(a)プロセスのシュリンクによる低減と、(b)メモリセル占有率の向上が有る。特に後者は、プロセスを複雑化する必要が無く、回路的工夫により間接周辺回路の面積を低減し、チップコスト低減が可能である。間接周辺回路の割合としては、最も大きいのがパッド領域(40%)で、次に大きいのが救済回路領域(10%)である。特に、微細加工に伴い高歩留まりを維持しようとすると、救済回路数を増やす傾向に有るため、面積低減が必要不可欠である。
【0034】
そこで、かかるDRAMにおいて、前記実施例のような不良救済回路を用いることにより、救済回路の素子数及びヒューズ本数を低減し、セル占有率を向上することができるものとなる。
【0035】
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。
(1) 相補の入力信号の各々がゲート供給された第1と第2のMOSFETの一方のソース,ドレインを出力線に接続し、上記第1のMOSFETの他方のソース,ドレインと基準電位との間にヒューズを設け、上記ヒューズに対してその切断の有無に対応したハイレベル/ロウレベルの電圧信号を形成する読み出し回路を設け、上記電圧信号がゲートに供給された第3MOSFETを上記第2のMOSFETの他方のソース,ドレインと基準電圧との設けてなる単位回路の複数個と、上記出力線に設けられたプリチャージ回路とラッチ回路とにより、複数の入力信号と上記ヒューズにに記憶された複数の記憶情報との比較一致信号を得ることにより、占有面積の低減を行なうことができるという効果が得られる。
【0036】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施例では、X系の救済動作を説明したが、同様にY系の救済にも適用することができる。冗長切替回路のヒューズは、P検査後のレーザー光線等を用いるもの他、電気的に切断するものあってもよい。
【0037】
メモリセルは、前記のようなダイナミック型メモリセルの他に、記憶手段として強誘電体キャパシタを用いて不揮発化するものであってもよい。あるいは、フローティングゲートに電荷を蓄積するような不揮発性のメモリセルであってもよい。この発明は、不良救済回路の他、記憶された情報と入力された情報との比較一致を判定する回路に同様に適用することができる。例えば、機能ブロック又は半導体集積回路装置それ自身にID情報やアドレスを割り振っておいて、それ自身で自己が選択されたことを検出する自己認識回路等を備えた半導体集積回路装置に広く利用することができる。
【0038】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。相補の入力信号の各々がゲート供給された第1と第2のMOSFETの一方のソース,ドレインを出力線に接続し、上記第1のMOSFETの他方のソース,ドレインと基準電位との間にヒューズを設け、上記ヒューズに対してその切断の有無に対応したハイレベル/ロウレベルの電圧信号を形成する読み出し回路を設け、上記電圧信号がゲートに供給された第3MOSFETを上記第2のMOSFETの他方のソース,ドレインと基準電圧との設けてなる単位回路の複数個と、上記出力線に設けられたプリチャージ回路とラッチ回路とにより、複数の入力信号と上記ヒューズにに記憶された複数の記憶情報との比較一致信号を得ることにより占有面積の低減を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る情報記憶比較回路の一実施例を示す回路図である。
【図2】図1の情報記憶比較回路の動作の概略を説明するための波形図である。
【図3】図1の不良救済回路の動作の一例を説明するための波形図である。
【図4】図1の不良救済回路の動作の他の一例を説明するための波形図である。
【図5】この発明に係る情報記憶比較回路の他の一実施例を示す回路図である。
【図6】この発明に係る情報記憶比較回路を説明するためのレイアウト図である。
【図7】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示すチップ全体構成図である。
【図8】この発明に先立って検討された不良救済回路の一例を示す回路図である。
【図9】この発明に先立って検討された不良救済回路の他の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
Q1〜Q27…MOSFET、IN1〜IN5…インバータ回路、IN3…インバータ回路、F0〜F20…ヒューズ、XDC…Xデコーダ、YDC…Yデコーダ、MA…メインアンプ。
Claims (5)
- 出力線と、
前記出力線にソース、ドレインの一方が接続され、ゲートに入力信号が供給され前記入力信号が第1の論理レベルのときに導通する第1のMOSFETと、前記出力線にソース、ドレインの一方が接続され、ゲートに前記入力信号と相補となる相補入力信号が供給され前記相補入力信号が前記第1の論理レベルのときに導通する第2のMOSFETと、前記第1のMOSFETのソース、ドレインの他方と基準電位との間に設けられて記憶情報に対応して電流経路が形成されるか否かが決定される記憶素子と、前記第2のMOSFETのソース、ドレインの他方と前記基準電位との間に設けられて前記第1のMOSFETと前記記憶素子との接続点の電位がゲートに入力され、前記記憶素子が前記電流経路を形成しないとき導通状態となり、前記記憶素子が前記電流経路を形成するとき非導通状態となる第3のMOSFETと、前記接続点と前記出力線との間に設けられて読み出し信号がゲートに入力され、前記入力信号及び相補入力信号が入力される前に導通して前記接続点をプリチャージ電圧にした後に非導通とされる第4のMOSFETと、を夫々が備える複数の単位回路と、
前記出力線に前記基準電位とは異なる前記プリチャージ電圧を与えるプリチャージ回路と、
前記出力線の出力信号を保持するラッチ回路と、から成り、
前記ラッチ回路が、複数の前記入力信号と複数の前記記憶素子に記憶された複数の記憶情報との比較一致信号を出力することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記記憶素子と前記基準電位との間に設けられて前記読み出し信号がゲートに入力される第5のMOSFETを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。
- 前記第1、第2及び第3のMOSFETは、第一導電型MOSFETによって構成され、前記第4のMOSFETは、第二導電型MOSFETによって構成されることを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路装置。
- 前記第一導電型MOSFETはNチャネルMOSFETであり、前記第二導電型MOSFETはPチャネルMOSFETであることを特徴とする請求項3に記載の半導体集積回路装置。
- 前記第5のMOSFETは、前記第一導電型MOSFETによって構成されることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体集積回路装置。
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