JPH0461371A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0461371A
JPH0461371A JP2172438A JP17243890A JPH0461371A JP H0461371 A JPH0461371 A JP H0461371A JP 2172438 A JP2172438 A JP 2172438A JP 17243890 A JP17243890 A JP 17243890A JP H0461371 A JPH0461371 A JP H0461371A
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Koji Takeshita
浩司 竹下
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体集積回路(以下、ICという)チップ
等に設けられる静電破壊保護回路の構造に関するもので
ある。
(従来の技術) 従来、ICチップ等は入力端子、出力端子等が外部に露
出した状態でバラゲージングされており、それらの端子
に人体等が接触することにより、ICチップ内部へ静電
気が侵入し、静電破壊を起こしてしまう場合がある。殊
に、ICチップ等において入力端子及び出力端子は、I
Cチップ内部の要部回路に直接接続されていることが多
く、静電破壊により受ける影響が大きい。また、MO8
LSI等のICチップでは、入力端子は通常MOSトラ
ンジスタのゲート電極に接続されているが、そのゲート
電極は酸化絶縁膜によって絶縁されているため電気絶縁
性がよく、例えば衣服やプラスチック容器、その他、L
SI取扱い中等に発生する静電気によって高い電圧が加
わりやすい。
このような静電破壊に対する対策として、従来入力端子
または出力端子と内部回路との間に接続される静電破壊
保護回路がICチップ内部に組込まれる。
このような静電破壊保護回路としては、例えば文献 「
日経マイクロデバイスJ  (1986年11月>p、
131−137に2載される技術があった。その構成を
第2図に示す。
第2図は、従来の第コの静電破壊保護回路を有するIC
チップの構成図である。
このICチップ10は、電源パッド11、接地用の電源
パッド(以下、接地パッドという)12及び入力パッド
13を有しており、電源パッド11には電源配線として
電源ライン】4が結線され、接地パッド12には電源配
線として接地ライン1−5が結線されている。電源ライ
ン14及び接地ライン15間には、内部回路16及び静
電気抑制回ffH7が並列に接続されている。
内部回路16は、例えばインバータを構成するMOSト
ランジスタ16a、16b等を有しており、静電破壊保
護回路である静電気抑制回路17に接続されている。
静電気抑制回路17は、入力パッド】−3からの静電気
を抑制して外部へ放出するための分流等を行う回路であ
り、クランプ用のダイオード17a17 b及び放電電
流制限用の抵抗17cで構成されている。
次に、動作を説明する。
通常、正または負の静電気が入力パッド13に加わった
場合、その静電気は抵抗1.7cにより放電電流が制限
されかつ放電の立ち上がりが遅くなり、正の静電気はダ
イオード17aを通じて電源側へ、流れ、負の静電気は
ダイオード17bを介して接地側へ流れる。この時、例
えば電源パッド11が開放状態でかつ接地パッド12が
接地されていると、正の静電気は、抵抗17eを介して
ダイオード17bを流れようとするが、ダイオード】7
bは、正の静電気に対して逆方向となり一般に感度が悪
いため、第2図中に矢印A1で示すようにダイオード1
7aを通じて電源側へ流れ、さらに内部回路16のM 
OS l=ランジスタ16a、161)を通って接地パ
ッド12へ流れる。また、負のII?電気Gこついては
、第2図中に矢印A2で示すようにダイオード17bを
通って接地パッド12へ流れる。
さらに、従来の他の静電破壊保護回路の構成例としては
、例えば第3図Gこ示すようなものがあった。
第3図は、従来の第2のi%電破壊保護回路を有するI
Cチップの構成図である。
このICチップ20は、ICチップ1oとほぼ同様の構
成を有しており、異なる点は、静電破壊保護回路として
静電気抑制回路17に加えて、静電耐圧性を有する保護
トランジスタ21−を付加して構成したことである。
保護トランジスタ21は、電源ライン14及び接地ライ
ン15間に接続され、かつゲート電極が接地ライン15
に接続されている。また、この保護トランジスタ21は
、静電耐圧性を持たせるために静電気が分散して流れる
ように、例えばゲート幅等におけるデイメンジョンを大
きくして構成されている。
このICチップ20では、例えばICチップ10の場合
と同様にして電源パッド11が開放状態の時に入力パッ
ド13(こ加わっな正の静電気は、第3図中に矢印A3
で示すようにダイオード17aを流れ、保護トランジス
タ21を介して接地パッド12へ流れる。
(発明が解決しようとする課M) しかしながら、上記構成の静電破壊保護回路では、次の
ような課題があった。
(A)ICチップ10では、例えば電源パッド11が開
放状態の時に入力パッド13へ正の静電気が加わると、
その静電気は内部回n160M0Sトランジスタ16a
、16bを流れるなめ、各MOSトランジスタ16a、
16bのソースまたはドレイン電極とサブストレートと
の間のpn接合が破壊されてしまうおそれがある。この
場合、例えばMOS トランジスタ16a、16bのp
n接合の接合面積を広くしておくことによりこの問題の
解決を図ることが考えられるが、そうするとチップ面積
が増大したりする間肪が生じてしまう。
(B)ICチップ20では、例えば電源パッド11が開
放状態にあるような時でも、入力パッド113から入っ
て電源側に流れた静電気は、ダイオード17aを通った
後、内部回路16へ回り込まず保護トランジスタ21を
通って接地バッド]−2へ流れる。ところが、保護トラ
ンジスタ21は静電気を通ずので静電耐圧性を得るため
に通常のMOSt−ランジスタ等よりも大きいデイメン
ジョンを有しており、そのためにICチップ20のチッ
プ面積が大きくなってしまう。
本発明は、前記従来技術の持っていた課題として、静電
破壊防止効果を得るためにICチップのチップ面積が大
きくなってしまう点について解決した静電破壊保護回路
を提供するものである。
(課題を解決するだめの手段) 本発明は、前記課題を解決するために、第1及び第2の
電源パッドに接続された内部回路の入力側または出力側
に接続され、入力パッドまたは出力パッドからの静電気
を抑制する静電気抑制回路と、前記静電気抑制回路で抑
制された静電気を第1−または第2の電源パッド側へ放
電する放電素子とを、備えた静電破壊保護回路において
、前記第1−の電源パッド、第2の電源パッド、入力パ
ッド、及び出力パッドのうち所定の隣接パッド間に前記
放電素子を形成し、前記放電素子の電源配線に応じて該
放電素子の電源配線のインピーダンスよりも大きなイン
ピーダンスを有する第1及び第2の電源配線でそれぞれ
前記内部回路及び静電気抑制回路を前記第1iをは第2
の電源パッドに接続したものである。
(作用) 本発明によれば、以−Lのように静電破壊保護回路を構
成したので、前記放電素子は、前記第1の電源パッド、
第2の電源パッド、入力パッド、及び出力パッドのうち
、所定の隣接パッド間の空き領域に形成される。通常、
前記各パッドは、パッド間の絶縁性の確保、及び実装上
の制約等に起因しである間隔を隔てて配列されるが、隣
接させな所定のパッド間の空き領域に前記放電素子を形
成することにより、該放電素子の形成のために新たな領
域を設ける必要がなくなる。
前記第1の電源配線は前記内部回路を、第2の電源配線
は前記静電気抑制回路を、それぞれ異なる経路で1j記
第1または第2の電源パッドに接続すると共に、前記放
電素子の電源配線に応じて前記第1及び第2の電源配線
のインピーダンスを前記放電素子の電源配線のインピー
ダンスに比べて大きく設定したので、前記入力パッドま
たは出力パッドからの静電気は、前記第1及び第2の電
源配線に比べてインピーダンスの低い前記放電素子の電
源配線の方へ流れ、前記第1または第2の電源パッドを
介して外部へ放電される。
従って、前記課題を解決できるのである。
(実施例) 第1図は、本発明の第1の実施例を示す静電破壊保護回
路を有するICチップの概略構成図である。図中、第3
図と共通の要素には、共通の符号が付されている。第4
図は、第1図の静電破壊保護回路に応じたICチップの
一構成例を示すレイアウI〜図である。第4図中、第1
図と共通の要素には共通の符号が付されている。
このICチップ30は、チップ板31を有しており、チ
ップ板3L七には、第1の電源パッドである電源パッド
32、電源パッド32に隣接して設けられる第2の電源
パッドである接地パッド33、及び入力バッド34.3
4−1〜34−nが形成されると共に、静電気抑制回路
用の電源配線として電源ライン35及び接地ライン36
と、内部回路用の電源配線としC電源ライン37及び接
地ライン38とが形成されている。
電源ライン35は、電源パッド32に接続されている。
電源ライン37は、電源ライン35と異なる経路で電源
パッド32に接続され乙と共に、耐圧性を得るために電
源ライン37よりもライン幅が狭く設定されている。
接地ライン36は、接地バッド33に接続されている。
接地ライン38は、接地ライン36と異なる経路で接地
バッド33に接続されると共に、耐圧性を得るために接
地ライン36よりもライン幅が狭く設定されている。
電源ライン35と接地ライン36の間には、静電破壊保
護回路の構成要素であり例えばICチ・ンブ10の場合
と同一構成の静電気抑制回路17が接続されており、そ
の抵抗1−7Cは入力パッド34に接続されている。
電源ライン37と接地ライン38の間には、例えばIC
チップ10の場合と同一構成の内部回路】−6が接続さ
れている。この内部回路16の入力側は、静電気抑制回
路17を介して入カバ・ンド34に接続されている。
さらに、隣接して設けられた電源パッド32及び接地パ
ッド33間には、ICチップ10の場合と同一構成であ
り静電破壊保護回路の他の構成要素である保護トランジ
スタ21が形成されている。
保護トランジスタ21は、放電素子であって静電気に対
してのみオンして電流を流し、通常の電源電圧に対して
はオフ状態にあるように機能するものであるが、例えば
Nチャネル形MO8)−ランシ゛スタで構成されている
。この保護!・ランジスタ21は、ドレイン電極が放電
素子の電源配線である電源ライン39を介して電源パッ
ド32に、ゲート電極及びソース電極が接地パッド33
にそれぞれ接続されている。
以上のように構成されるICチップでは、電源ライン3
5における電源パッド32及び静電気抑制回路17間の
第2の電源配線である配線部分A1コと、電源ライン3
7における電源パッド32及び内部回路16間の第1の
電源配線である配線部分A12との間に次のような関係
を設定している。即ち、入力パッド34に入力が想定さ
れる静電気に対して、保護トランジスタ21が接続さ?
する電源ライン39のインピーダンスを、電源ライン3
9の方へ静電気が流れるように、配線部分A1−2のイ
ンピーダンスよりも小さく設定しており、ICチップ3
0では、配線部分Allのインピーダンスに対しても電
源ライン39のインピーダンスの方を小さく設定してい
る。これは、例えば電源ライン39のライン幅を広くし
たりすることによって実現している。
次に、動作を説明する。
例えば電源パッド32が開放状態で接地パッド34が接
地されている時に入力パッド34に正の静電気が加わる
と、その正の静電気は、抵抗17Cによって放電の立ち
上がりが遅らされかつ放電電流の制限の受けて、ダイオ
ード17aを通じて配線部分A]、1を流れる。この正
の静電気は、電源パッド32へ入るが、配線部分A12
のインピーダンスを電源ライン39の部分のインピーダ
ンスよりも大きく設定したことにより、電源ライン39
の方へ流れ、保護トランジスタ21を介して接地パッド
33へ流れて放電される。
さらに、入力パッド34に負の静電気が加わった場合、
その静電気は、ダイオード17bを通り、接地ライン3
6を通って接地パッド33へ流れる。
本実施例では、次のような利点を有している。
(a)保護トランジスタ21は、電源パッド32及び接
地パッド33を隣接させ、その間の空き領域に形成する
ようにした。そのため、保護トランジスタ21を形成す
るための領域をICチップ30内に特別に設ける必要が
なくなる。従って、保護トランジスタ21が大きなデイ
メンジョンであってしICチップ30のチップ面積の縮
小化が可能な静電破壊保護回路を実現できる。
(b)本実施例では、配線部分A12のインピーダンス
を電源ライン39側のインピーダンスよりし大きく設定
したので、入力パット34に入力された正の静電気は、
電源パッド32までくると、インピーダンスの低い電源
ライン39側を流れて保護トランジスタ21を介して接
地パッド33から放電される。そのため、ICチップ3
0では、内部回路16に静電破壊が起こるのを防止でき
る。
第5図は、本発明の第2の実施例を示す静電破壊保護回
路を有するICチップの概略構成図、第6図は、第5図
の静電破壊保護回路に応じたICチップの一構成例を示
すレイアウト図である。図中、第1図と共通の要素には
、共通の符号が付されている。
このICチップ40は、ICチップ30とほぼ同様に構
成さノする電源パ・ソド32、接地パッド33、保護ト
ランジスタ21、電源ライン35,37、及び接地ライ
ン36.38を有すると共に、入力バッド列41、静電
気抑制回路列42、及び内部回路列43を有しており、
保護トランジスタ21及び静電気抑制回路列42により
静電破壊保護回路が構成されている。
入力パッド列4]−は、例えば複数の入力パッド34−
1〜34−n″′ctf4成されており、それぞれが静
電気抑制回路列42に接続されている。
静電気抑制回路列42は、それぞれ入力パッド34−1
〜34−nに接続され、それぞれ静電気抑制回路17の
場合と同様にして静電気抑制回路を構成するダイオード
17a−1,17b−1、抵抗]、 7 c −1と、
ダイオード17a−2,17b−2、抵抗17cm2と
、ダイオード1−7a3.17b−3、抵抗17e−3
と、ダイオード17a−4,17b−4、抵抗]、、7
cm4と、ダイオード17a−5,17b−5、抵抗1
7c5と、ダイオード17a−n、、17t+−n、抵
抗17e−n等で構成されている。静電気抑制回路列4
2は、電源ライン35における配線部分A11により電
源パッド32に接続されると共に、内部回路列43に接
続されている。
内部回路列43は、例えばそれぞれインバータを構成す
るMOSトランジスタ16a−1,16b−1−と、M
OSトランジスタ16a−2,16b−2と、MOSト
ランジスタ16a−3,161)−3と、MOSトラン
ジスタ16a−4,16b−4と、MOSトランジスタ
16a−5,16b−5と、MOSトランジスタ16a
−6,16b−6等を有している。この内部回路列42
は、電源ライン37における配線部分A12により電源
パッド32に接続されている。
この第2の実施例では、例えば電源パッド32が開放状
態で、接地バッド33が接地されている状態では、入力
パッド34〜1〜34−6のいずれかに正の静電気が加
わった場合、その正の静電気は、ダイオード17a−1
〜17a−nのいずれかを通じて配線部分Allを通っ
て電源パッド32へ流h、さらに配線部分A12に比べ
てインピーダンスを小さく設定した電源ライン39の方
へ流れて保護トランジスタ21を介して接地バッド33
へ流れる。同様にして入力パッド34−1〜34−nの
いずれかに負の静電気が加わった場合、その負の静電気
は、ダイオード17t)−1〜17b−nのいずれかを
通じて接地ライン36を介して接地バッド33へ流れる
この第2の実施例では、第1の実施例と同様の利点(a
)、(b)に加えて次のような利点を有している。即ち
、静電気抑制回路列42の電源ライン35と内部回路列
43の電源ライン37とを別配線にし、静電気抑制回路
列42の接地ライン36と内部回路列43の接地ライン
38とを別配線にし、かつ第1の実施例の場合と同様に
して電源ライン35.37を構成した。そのため、入力
パッド列41に加わった静電気を接地バッド33へ放電
できるが、その際に保護トランジスタ21は]−って済
む。従って、本実施例では、複数の入力パッド34−1
〜34−nに対しても静電破壊防止効果が得られ、かつ
その実現をチップ面積を大きくせずに行える。
第7図は、本発明の第3の実施例を示す静電破壊保護回
路を有するICチップの概略構成図である。図中、第1
図と共通の要素には、共通の符号が付されている。
このICチップ50は、ICチップ30とほぼ同様の構
成を有しており、次の点がICチップ30と異なってい
る。即ち、接地バッド33と入力パッド34とを隣接配
置し、その間の空き領域に保護トランジスタ21を形成
している。さらに、保護トランジスタ21−は、放電素
子の電源配線である電源ライン51を介して静電気抑制
回路17のダイオード17a側に接続されている。なお
、この電源ライン51のインピーダンスは、配線部分A
1.1及びA12のインピーダンスの和よりも小さく設
定してあり、これにより配線部分All及びA12より
も電源ライン51の方に静電気が流れやすいようにして
いる。
この第3の実施例では、例えば電源パッド32が開放状
態で、接地バッド33が接地された状態では、入力バッ
ド34に加わった正の静電気は、ダイオード17aを通
り、配線部分A1−1−を流れずに電源ライン51側を
流れて保護トランジスタ21を介して接地パッド33へ
流れる。負の静電気が入力パッド34に加わった場合に
は、その負の静電気は、ダイオード17bを介して接地
ライン36を通って接地パッド33へ流れる。
この第3の実施例では、第1の実施例とほぼ同様の利点
(a>、(b)が得られる。
第8図は、本発明の第4の実施例を示す静電破壊保護回
路を有するICチップの概略構成図である。図中、第1
図と共通の要素には共通の符号が付されている。
このICチップ60は、ICチップ30と同様に構成さ
れる電源バッド32、接地パッド33、保護トランジス
タ21.電源ライン35.37゜39、及び接地ライン
36.38を有している。
さらに、ICチップ60は、出力バッド61と、配線部
分Allにより電源バッド32に接続されかつ接地ライ
ン36により接地パッド33に接続される静電気抑制回
路62と、配線部分A12を介して電源バッド32に接
続されかつ接地ライン38により接地パッド33に接続
さ7′Lる内部回路63とを有しており、保護1〜ラン
ジスタ21及び静電気抑制回路62により静電破壊保護
回路が構成されている。
静電気抑制回n62は、PIMO3+−ランジスタロ2
a及びNMO3hMOSトランジスタロ2bれており、
一部が出力パッド6]及び内部回路63に接続されてい
る。内部回路63は、例えばインバータを構成するMO
3I−ランジスタロ3a。
63b等で構成されている。
このICチップ60では、通常内部回路63の出力が静
電気抑制回路62を介して出力パッド61−へ出力され
るが、出力パッド61に静電気が加わった場合に、第1
の実施例の場合とほぼ同様にしてPMO3I〜ランジス
タロ2aまたはNMOSトランジスタ62bを介して静
電気が例えば接地パッド33へ流れる。
この第4の実施例では、第1の実施例と同様の作用、効
果が得られて、出力パッド61に静電気が加わった場合
に内部回路63の静電破壊を防止できる。
なお、本発明は、図示の実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。その変形例としては、例えば次のよう
なものがある。
(I)ICチップ30,40.50.60の回路構成は
変形が可能である。
■ 内部回路16及び内部回路列43は、−例を図示し
たものであり、その回路構成は種々の変形が可能である
■ 静電気抑制回路17及び静電気抑制回路列42は、
ダイオードと抵抗素子の組合わせ以外の構成の適用が可
能である。例えば複数のMO3+−ランジスタで構成し
たり、MOSトランジスタと抵抗の組み合わせで構成す
るなど種々の変形例が考えられる。
■ 保護トランジスタ21は、PMO3)ランジスタで
構成してもよい。この場合には、ゲート電極をソース電
極と共に電源バッド32に共通接続するようにする。さ
らに、放電素子としては、例えばICチップ30,40
.50.60の構成に対応して、保護トランジスタ21
に代えて、バイポーラトランジスタや、ツェナーダイオ
ード等を用いて構成するようにしてもよい。
(III)上記第1−〜第4の実施例では、電源バッド
32か開放状態にあり、接地パッド33が接地されてい
る場合について説明したが、本発明は、電源配線である
接地ライン36.38の・インピーダンスに対しても電
源ライン35.37の場合と同様に放電素子の電源配線
に応じてインピーダンス設定を行い、また保護トランジ
スタ21の構成を適宜設定することにより、ICチップ
30.40゜50.60が単体で存在しているような場
合に電源バッド32が人や物に触れたりして接地状態に
あり、かつ接地パッド33が開放状態にあるような場合
にも適用が可能である。
(11)上記第1〜第4の実施例では、ICチップ30
.40,50.60としてMOS形の半導体集積回路に
ついて説明したが、本発明はバイポーラ形、バイポーラ
及びMOSの混成形や、GaAS等の化合物半導体を用
いたりしたものなど種々の半導体集積回路のICチップ
等に対しても幅広く適用が可能である。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、前記放電
素子を前記隣接パッド間に形成したので、該静電破壊保
護回路が設けられる半導体集積回路装置(ICチップ等
)に前記放電素子を形成するために特別な領域を設ける
必要がなく、その半導体集積回路等のチップ面積の縮小
化を図ることができる。また、前記静電破壊保護回路で
は、前記第1及び第2の電源ラインによりそれぞれ内部
回路及び静電気抑制回路を前記第1または第2の電源パ
ッドに接続するようにしたので、前記静電気抑制回路か
らの静電気を前記内部回路へ回り込ませずに前記第1ま
たは第2の電源パッドを介して外部へ放電でき、優れた
静電破壊防止効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の静電破壊保護回路を有
するICチップの概略構成図、第2図は従来の第1の静
電破壊保護回路を有するICチップの構成図、第3図は
従来の第2の静電破壊保護回路を有するICチップの構
成図、第4図は第1図の静電破壊保護回路に応じたIC
チップの一構成例を示すレイアウト図、第5図は本発明
の第2の実施例の静電破壊保護回路を有するICチップ
の概略構成図、第6図は第5図の静電破壊保護回路に応
じたICチップの一構成例を示すレイアウト図、第7図
は本発明の第3の実施例の静電破壊保護回路を有するr
cチップの概略構成図、第8図は本発明の第4の実施例
の静電破壊保護回路を有するICチップの概略構成図で
ある。 16.63・・・内部回路、17.62・・・静電気抑
制回路、21・・・保護トランジスタ、30,40゜5
0.60・・・ICチップ、32・・・電源パッド、3
3・・・接地パッド、34.34−1〜34−n・・・
入力パッド、35.37.39.51・・・電源ライン
、36.38・・・・・・接地ライン、41・・・入力
パッド列、42・・・静電気抑制回路列、43・・・内
部回路列、61・・・出力パッド、All、A12・・
・配線部分。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  第1及び第2の電源パッドに接続された内部回路の入
    力側または出力側に接続され、入力パッドまたは出力パ
    ッドからの静電気を抑制する静電気抑制回路と、 前記静電気抑制回路で抑制された静電気を第1または第
    2の電源パッド側へ放電する放電素子とを、備えた静電
    破壊保護回路において、 前記第1の電源パッド、第2の電源パッド、入力パッド
    、及び出力パッドのうち所定の隣接パッド間に前記放電
    素子を形成し、 前記放電素子の電源配線に応じて該放電素子の電源配線
    のインピーダンスよりも大きなインピーダンスを有する
    第1及び第2の電源配線でそれぞれ前記内部回路及び静
    電気抑制回路を前記第1または第2の電源パッドに接続
    したことを特徴とする静電破壊保護回路。
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