JPH06151716A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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Publication number
JPH06151716A
JPH06151716A JP30111692A JP30111692A JPH06151716A JP H06151716 A JPH06151716 A JP H06151716A JP 30111692 A JP30111692 A JP 30111692A JP 30111692 A JP30111692 A JP 30111692A JP H06151716 A JPH06151716 A JP H06151716A
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JP
Japan
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insulating film
resistance element
protective resistance
semiconductor region
region
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JP30111692A
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English (en)
Inventor
Shigetoshi Sakomura
茂俊 迫村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電気破壊防止回路Cpを備えた半導体集積
回路装置において、前記静電破壊防止回路Cpの保護抵
抗素子Rと第1半導体領域との間の絶縁膜の静電耐圧を
高め、この絶縁膜の絶縁破壊を防止する。 【構成】 一端側が外部端子BPに電気的に接続され、
他端側が入力初段回路Cin又は出力最終段回路に電気
的に接続され、かつ第1半導体領域(例えばp型半導体
基板1)の主面上に絶縁膜(例えば素子分離絶縁膜5及
び層間絶縁膜10)を介在して配置される保護抵抗素子
Rを有する静電気破壊防止回路Cpを備えた半導体集積
回路装置において、前記保護抵抗素子R下の第1半導体
領域の主面部にこの第1半導体領域に対して反対導型の
第2半導体領域(例えばn型ウエル領域4)を設ける。
前記第2半導体領域は、前記保護抵抗素子Rに電気的に
接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に、静電気破壊防止回路を備えた半導体集積回
路装置に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】DRAM(ynamic andom ccess
emory)、SRAM(tatic andom ccess emo
ry)、論理LSI等の半導体集積回路装置には、人為的
取り扱いや組立プロセス中に人体、パッケージ若しくは
デバイスに帯電された過大な静電気が外部端子(ボンデ
ィングパッド)を通して入力初段回路にサージ電流とし
て流れ込む所謂静電気破壊を防止する目的で静電気破壊
防止回路が配置される。静電気破壊は、例えば外部端子
に入力初段回路のMOSFETのゲート電極が電気的に
接続される場合、このMOSFETのゲート絶縁膜が破
壊される現象である。
【0003】前記静電気破壊防止回路は外部端子と入力
初段回路との間の結線経路に挿入される。この静電気破
壊防止回路は、一般的にサージ電流をなまらせる保護抵
抗素子及びサージ電流をクランプするクランプ用MOS
FETを主体に構成される。保護抵抗素子の一端側は外
部端子に電気的に接続され、他端側は入力初段回路例え
ばMOSFETのゲート電極に電気的に接続される。ク
ランプ用MOSFETは、ドレイン領域が結線経路に電
気的に接続され、ゲート電極、ソース領域の夫々が固定
電位(接地電位)に電気的に接続される。
【0004】前記保護抵抗素子は、半導体基板(第1半
導体領域)の主面上に絶縁膜を介在して配置され、例え
ば多結晶珪素膜で形成される所謂ポリシリコン抵抗で構
成される。
【0005】なお、前記半導体集積回路装置に塔載され
る一般的な静電気破壊防止回路については、例えば特開
昭58−14562号公報に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前述の半
導体集積回路装置に塔載される静電気破壊防止回路につ
いて以下の問題点を見出した。
【0007】前記半導体集積回路装置に塔載される静電
気破壊防止回路において、過大な静電気が外部端子に印
加された場合、保護抵抗素子の抵抗値が小さいと、クラ
ンプ用MOSFETに過大なサージ電流が流れ込み、ク
ランプ用MOSFETのゲート絶縁膜又はドレイン領域
が破壊する。そこで、クランプ用MOSFETに流れ込
むサージ電流を抑えるために保護抵抗素子の抵抗値を大
きくすると、保護抵抗素子と半導体基板(第1半導体領
域)との間の絶縁膜に加わる電圧が高くなり、この絶縁
膜が絶縁破壊するという問題があった。
【0008】本発明の目的は、静電気破壊防止回路を備
えた半導体集積回路装置において、前記静電気破壊防止
回路の保護抵抗素子と第1半導体領域との間の絶縁膜の
静電耐圧を高め、この絶縁膜の絶縁破壊を防止すること
が可能な技術を提供することにある。
【0009】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0010】
【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、
下記のとおりである。
【0011】(1)一端側が外部端子に電気的に接続さ
れ、他端側が入力初段回路又は出力最終段回路に電気的
に接続され、かつ第1半導体領域の主面上に絶縁膜を介
在して配置される保護抵抗素子を有する静電気破壊防止
回路を備えた半導体集積回路装置において、前記保護抵
抗素子下の第1半導体領域の主面部にこの第1半導体領
域に対して反対導電型の第2半導体領域を設ける。
【0012】(2)前記第2半導体領域は前記保護抵抗
素子に電気的に接続される。
【0013】
【作用】上述した手段(1)によれば、外部端子に正の静
電気が印加された場合、保護抵抗素子−第2半導体領域
間に存在する寄生容量と、第2半導体領域−第1半導体
領域間に存在する接合容量とで決まる電圧まで第2半導
体領域の電位が上昇し、保護抵抗素子と第1半導体領域
との間の絶縁膜に加わる電圧を低減できるので、前記絶
縁膜の静電耐圧を高めることができる。また、外部端子
に負の静電気が印加された場合、保護抵抗素子−第2半
導体領域間に存在する寄生容量と、前記第2半導体領域
−第1半導体領域間に存在する接合容量とで決まる電圧
まで第2半導体領域の電位が下降し、保護抵抗素子と第
1半導体領域との間の絶縁膜に加わる電圧を低減できる
ので、前記絶縁膜の静電耐圧を高めることができる。こ
の結果、保護抵抗素子と第1半導体領域との間の絶縁膜
の絶縁破壊を防止することができる。
【0014】上述した手段(2)によれば、保護抵抗素子
と第1半導体領域との間の絶縁膜に加わる電圧が、保護
抵抗素子−第2半導体領域間と第2半導体領域−第1半
導体領域間とに分圧されるので、前記絶縁膜の静電耐圧
を更に高めることができる。この結果、保護抵抗素子と
第1半導体領域との間の絶縁膜の絶縁破壊を防止するこ
とができる。
【0015】以下、本発明の構成について、静電気破壊
防止回路を備えた半導体集積回路装置に本発明を適用し
た実施例とともに説明する。
【0016】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
【0017】
【実施例】
(実施例1)本発明の実施例1である半導体集積回路装
置に塔載される静電気破壊防止回路の構成を図2(等価
回路図)に示す。
【0018】図2に示すように、半導体集積回路装置に
塔載される静電気破壊防止回路Cpは、外部端子(ボン
ディングパッド)BPと入力初段回路Cinとの間の結
線経路に挿入される。
【0019】前記入力初段回路Cinは、図示していな
いが、例えばnチャネルMOSFET及びpチャネルM
OSFETで構成されるCMOSインバータ回路で構成
される。nチャネルMOSFETのソース領域は基準電
圧Vssに接続され、pチャネルMOSFETのソース
領域は高い電源電圧Vccに接続される。nチャネルM
OSFET、pチャネルMOSFETの夫々のゲート電
極は、静電気破壊防止回路Cpを介して外部端子BPに
接続される。
【0020】前記静電気破壊防止回路Cpは、保護抵抗
素子R及びクランプ用MOSFETQkを主体に構成さ
れる。
【0021】前記保護抵抗素子Rは、一端側が外部端子
BPに接続され、他端側が入力初段回路Cinに接続さ
れる(前記結線経路に直列に接続される)。保護抵抗素子
Rは外部端子BPに入力されるサージ電流をなまらせる
作用がある。
【0022】前記クランプ用MOSFETQkは、保護
抵抗素子Rと入力初段回路Cinとの間に配置され、前
記結線経路にドレイン領域が接続され、ゲート電極及び
ソース領域が基準電圧Vssに接続される。クランプ用
MOSFETQkは入力初段回路Cinに伝わるサージ
電圧をクランプする作用がある。
【0023】次に、前記半導体集積回路装置に塔載され
る静電気破壊防止回路Cpの具体的な構造について、図
1(要部断面図)を用いて説明する。
【0024】図1に示すように、半導体集積回路装置は
単結晶珪素からなるp-型半導体基板(第1半導体領域)1
を主体に構成される。このp-型半導体基板1は例えば1
15〜1016〔atoms/cm3〕程度の不純物濃度で形成さ
れる。p-型半導体基板1の主面上には素子分離絶縁膜5
が形成される。
【0025】前記p-型半導体基板1の周辺領域におい
て、素子分離絶縁膜5で周囲を囲まれたp-型半導体基板
1の主面部にはクランプ用MOSFETQkが構成され
る。つまり、クランプ用MOSFETQkは、p-型半導
体基板(チャネル形成領域)1、ゲート絶縁膜6、ゲート
電極7、ソース領域及びドレイン領域である一対のn+型
半導体領域8で構成される。一対のn+型半導体領域8
は、例えば1020〜1021〔atoms/cm3〕程度の不純物
濃度で形成される。
【0026】前記ソース領域であるn+型半導体領域8に
は、層間絶縁膜10に形成された接続孔10aを通して
配線11の一端側が電気的に接続される。この配線11
の他端側は基準電圧Vssに接続される。配線11は例
えば多結晶珪素膜で形成される。この多結晶珪素膜には
抵抗値を低減するn型不純物例えばP(又はAs)が導入
される。層間絶縁膜10は、素子分離絶縁膜5上に形成
され、ゲート電極7と配線11とを絶縁分離している。
この層間絶縁膜10は例えば酸化珪素膜で形成される。
【0027】前記ゲート電極7には、層間絶縁膜10及
び層間絶縁膜12に形成された接続孔13を通して配線
14の一端側が電気的に接続される。この配線14の他
端側は基準電圧Vssに接続される。配線14は例えば
アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜で形成される。
層間絶縁膜12は、例えば酸化珪素膜で形成され、配線
14と配線11とを絶縁分離している。
【0028】前記ドレイン領域であるn+型半導体領域8
には、層間絶縁膜10に形成された接続孔10bを通し
て保護抵抗素子Rの他端側が電気的に接続される。この
保護抵抗素子Rは例えば配線11で形成される所謂ポリ
シリコン抵抗で構成される。つまり、保護抵抗素子Rは
素子分離絶縁膜5上に層間絶縁膜10を介在して配置さ
れる。
【0029】前記保護抵抗素子Rの一端側には、層間絶
縁膜12及び層間絶縁膜15に形成された接続孔16を
通して配線17の他端側が電気的に接続される。この配
線17の一端側は、この配線17と一体に形成された外
部端子BPに電気的に接続される。配線17は、前記配
線14と同様に、例えばアルミニウム膜又はアルミニウ
ム合金膜で形成される。層間絶縁膜15は、例えば酸化
珪素膜で形成され、配線17と配線14とを絶縁分離し
ている。
【0030】前記保護抵抗素子R下のp-型半導体基板
(第1半導体領域)1の主面部には、このp-型半導体基板
1に対して反対導電型のn型ウエル領域(第2半導体領
域)4が形成される。つまり、n型ウエル領域4上に
は、素子分離絶縁膜5及び層間絶縁膜10を介在して保
護抵抗素子Rが配置される。このn型ウエル領域4は、
p-型半導体基板1に比ベて高い例えば1016〜10
17〔atoms/cm3〕程度の不純物濃度で形成され、p-型半
導体基板1とでpn接合部を形成する。このように、保
護抵抗素子R下のp-型半導体基板1の主面部にn型ウエ
ル領域4を形成することにより、外部端子BPに正の静
電気が印加された場合、保護抵抗素子R−n型ウエル領
域(第2半導体領域)4間に存在する寄生容量と、n型ウ
エル領域(第2半導体領域)4−p-型半導体基板(第1
半導体領域)1間に存在する接合容量とで決まる電圧ま
でn型ウエル領域4の電位が上昇し、保護抵抗素子Rと
p-型半導体基板1との間の絶縁膜(素子分離絶縁膜5及
び層間絶縁膜10)に加わる電圧を低減できるので、こ
の絶縁膜の静電耐圧を高めることができる。
【0031】また、外部端子BPに負の静電気が印加さ
れた場合、n型ウエル領域4とp-型半導体基板1との間
のpn接合部(ダイオード)は順バイアスとなるが、静電
気は高速現象であり、n型ウエル領域4の抵抗率は高い
ので、n型ウエル領域4の表面の電位は下降する。つま
り、保護抵抗素子R−n型ウエル領域(第2半導体領
域)4間に存在する寄生容量と、n型ウエル領域(第2
半導体領域)4−p-型半導体基板(第1半導体領域)1間
に存在する接合容量とで決まる電圧までn型ウエル領域
4の電位が下降し、保護抵抗素子Rとp-型半導体基板1
との間の絶縁膜(素子分離絶縁膜5及び層間絶縁膜1
0)に加わる電圧を低減できるので、この絶縁膜の静電
耐圧を高めることができる。この結果、保護抵抗素子R
とp-型半導体基板(第1半導体領域)1との間の絶縁膜の
絶縁破壊を防止できる。
【0032】なお、保護抵抗素子Rの他端側は、図3
(要部断面図)に示すように、配線14を介在してクラン
プ用MOSFETQkのドレイン領域であるn+型半導体
領域8に接続された配線11に接続してもよい。この場
合、保護抵抗素子Rの他端側には、層間絶縁膜12に形
成された接続孔12aを通して配線14の一端側が接続
され、ドレイン領域であるn+型半導体領域8に接続され
た配線11には、層間絶縁膜12に形成された接続孔1
2bを通して配線14の他端側が接続される。
【0033】また、保護抵抗素子Rは例えばW膜、Wシ
リサイド膜で形成してもよい。このように、本実施例に
よれば以下の効果が得られる。一端側が外部端子BPに
電気的に接続され、他端側が入力初段回路Cinに電気
的に接続され、かつp-型半導体基板1の主面上に絶縁膜
(素子分離絶縁膜5及び層間絶縁膜10)を介在して配
置される保護抵抗素子Rを有する静電気破壊防止回路C
pを備えた半導体集積回路装置において、静電気破壊防
止回路Cpの保護抵抗素子Rとp-型半導体基板(第1半
導体領域)1との間の絶縁膜の静電耐圧を高め、この絶
縁膜の絶縁破壊を防止できる。
【0034】(実施例2)本発明の実施例2である半導
体集積回路装置に塔載される静電気破壊防止回路の構成
を図4(要部断面図)に示す。
【0035】図4に示すように、半導体集積回路装置に
塔載される静電気破壊防止回路Cpは、前述の実施例1
と同様に、外部端子(ボンディングパッド)BPと入力初
段回路Cinとの間の結線経路に挿入される。
【0036】前記静電気破壊防止回路Cpは、p-型半導
体基板1の周辺領域において、p-型半導体基板1の主面
部に構成されるクランプ用MOSFETQk及び素子分
離絶縁膜5上に層間絶縁膜10を介在して配置される保
護抵抗素子Rを主体に構成される。保護抵抗素子R下の
p-型半導体基板(第1半導体領域)1の主面部には、前述
の実施例1と同様にn型ウエル領域(第2半導体領域)4
が形成される。
【0037】前記ウエル領域4の主面部には、保護抵抗
素子Rとのオーミック接続を目的としてn+型半導体領域
8が形成される。n+型半導体領域8には、層間絶縁膜1
0に形成された接続孔10cを通して保護抵抗素子Rが
電気的に接続される。このn+型半導体領域8は、前述の
ソース領域及びドレイン領域である一対のn+型半導体領
域8と同一工程で形成される。保護抵抗素子Rは、ほぼ
中央領域においてn+型半導体領域8に接続される。つま
り、n型ウエル領域4は保護抵抗素子Rに電気的に接続
される。このように、n型ウエル領域(第2半導体領域)
4に保護抵抗素子Rを電気的に接続することにより、保
護抵抗素子Rとp-型半導体領域1との間の絶縁膜(素子
分離絶縁膜5及び層間絶縁膜10)に加わる電圧が、保
護抵抗素子R−n型ウエル領域(第2半導体領域)4間と
n型ウエル領域4−p-型半導体基板(第1半導体領域)1
間とに分圧されるので、前記絶縁膜の静電耐圧を更に高
めることができる。
【0038】また、保護抵抗素子Rの中央部でn型ウエ
ル領域4に接続することにより、n型ウエル領域4の電
位が約1/2まで上昇するので、前記絶縁膜に加わる電
圧をほぼ1/2にできる。
【0039】なお、n型ウエル領域4と保護抵抗素子R
との電気的な接続は、図5(要部断面図)に示すよう
に、n型ウエル領域4の一部をクランプ用MOSFET
Qkのドレイン領域であるn+型半導体領域8に接続して
もよい。この場合、n型ウエル領域4は、n+型半導体領
域8及び配線11を介在して保護抵抗素子Rに接続され
る。
【0040】また、図6(要部断面図)に示すように、n
型ウエル領域4と保護抵抗素子Rとの電気的な接続を複
数箇所で行うことにより、保護抵抗素子Rに生じる電位
勾配とほぼ同様にn型ウエル領域4の表面の電位が変化
するので、更に絶縁膜の静電耐圧を高めることができ
る。
【0041】このように、本実施例によれば、静電気破
壊防止回路Cpの保護抵抗素子Rとp-型半導体基板(第
1半導体領域)1との間の絶縁膜(素子分離絶縁膜5及
び層間絶縁膜10)の静電耐圧を更に高め、この絶縁膜
の絶縁破壊を防止できる。
【0042】(実施例3)本発明の実施例3である半導
体集積回路装置に塔載される静電気破壊防止回路の構成
を図7(要部断面図)に示す。
【0043】図7に示すように、半導体集積回路装置に
塔載される静電気破壊防止回路Cpは、前述の実施例2
と同様に、外部端子(ボンディングパッド)BPと入力初
段回路Cinとの間の結線経路に挿入される。静電気破
壊防止回路Cpは、保護抵抗素子R及びクランプ用MO
SFETQkを主体に構成される。
【0044】前記クランプ用MOSFETQkは、n-型
半導体基板2の周辺領域において、n-型半導体基板2の
主面部に形成されたp型ウエル領域(第1半導体領域)3
の主面部に構成される。前記保護抵抗素子Rは、p型ウ
エル領域3の主面上に子分離絶縁膜5及び層間絶縁膜1
0を介在して配置される。保護抵抗素子R下のp型ウエ
ル領域3の主面部にはn型ウエル領域(第2半導体領域)
4が形成される。このn型ウエル領域4の主面部には、
保護抵抗素子Rとのオーミック接続を目的としてn+型半
導体領域8が形成される。つまり、n型ウエル領域4
は、前述の実施例2と同様に、保護抵抗素子Rに電気的
に接続される。このように、n-型半導体基板1の主面部
にp型ウエル領域(第1半導体領域)3を形成し、保護抵
抗素子R下のp型ウエル領域3の主面部にn型ウエル領
域4を形成し、このn型ウエル領域4に保護抵抗素子R
を電気的に接続することにより、本実施例の静電気破壊
防止回路Cpは、前述の実施例2と同様の効果が得られ
る。
【0045】なお、図8(要部断面図)に示すように、静
電気破壊防止回路Cpは、保護抵抗素子R下のp-型半導
体基板1の主面部にn型ウエル領域(第1半導体領域)4
を形成し、このn型ウエル領域4の主面部にp型ウエル
領域(第2半導体領域)3を形成し、p型ウエル領域3に
保護抵抗素子Rを電気的に接続してもよい。この場合、
p型ウエル領域3の主面部には、保護抵抗素子Rとのオ
ーミック接続を目的としてp+型半導体領域9が形成され
る。
【0046】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、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
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
【0047】例えば、本発明は、半導体集積回路装置の
出力最終回路例えばCMOSインバータ回路(MOSF
ETのドレイン領域)と外部端子との結線経路に保護抵
抗素子を挿入する静電気破壊防止回路に適用できる。
【0048】
【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
記のとおりである。
【0049】静電気破壊防止回路を備えた半導体集積回
路装置において、前記静電気破壊防止回路の保護抵抗素
子と半導体基板との間の絶縁膜の静電耐圧を高め、この
絶縁膜の絶縁破壊を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例である静電気破壊防止回
路を備えた半導体集積回路装置の要部断面図、
【図2】 前記静電気破壊防止回路の等価回路図、
【図3】 他の実施例を示す前記半導体集積回路装置の
要部断面図、
【図4】 本発明の第2実施例である静電気破壊防止回
路を備えた半導体集積回路装置の要部断面図、
【図5】 他の実施例を示す前記半導体集積回路装置の
要部断面図、
【図6】 他の実施例を示す前記半導体集積回路装置の
要部断面図、
【図7】 本発明の第3実施例である静電気破壊防止回
路を備えた半導体集積回路装置の要部断面図、
【図8】 他の実施例を示す前記半導体集積回路装置の
要部断面図。
【符号の説明】
1…p-型半導体領域、2…n-型半導体領域、3…p型ウ
エル領域、4…n型ウエル領域、5…素子分離絶縁膜、
6…ゲート絶縁膜、7…ゲート電極、8…n+型半導体領
域、9…p+型半導体領域、10…層間絶縁膜、11…配
線、12…層間絶縁膜、13…接続孔、14…配線、1
5…層間絶縁膜、16…配線、BP…外部端子、Cin
…入力初段回路、Cp…静電気破壊防止回路、Qk…ク
ランプ用MOSFET、R…保護抵抗素子。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端側が外部端子に電気的に接続され、
    他端側が入力初段回路又は出力最終段回路に電気的に接
    続され、かつ第1半導体領域の主面上に絶縁膜を介在し
    て配置される保護抵抗素子を有する静電気破壊防止回路
    を備えた半導体集積回路装置において、前記保護抵抗素
    子下の第1半導体領域の主面部にこの第1半導体領域に
    対して反対導電型の第2半導体領域を設けたことを特徴
    とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記第2半導体領域は、前記保護抵抗素
    子に電気的に接続され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。
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