JPS59123256A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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- JPS59123256A JPS59123256A JP23099082A JP23099082A JPS59123256A JP S59123256 A JPS59123256 A JP S59123256A JP 23099082 A JP23099082 A JP 23099082A JP 23099082 A JP23099082 A JP 23099082A JP S59123256 A JPS59123256 A JP S59123256A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
- H01L27/0259—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements
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- 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】
本発明は半導体集積回路に関し、特に改良された入力回
路を有する半導体集積回路に関する。
路を有する半導体集積回路に関する。
基板内に多数の素子を有する集積回路(工C)において
、各素子の動作電位は基板電位を基準ないし接地電位と
して設計される。基板電位の変動や基板内での予期しな
い電荷移動は以下の理出により極力避ける必要がある。
、各素子の動作電位は基板電位を基準ないし接地電位と
して設計される。基板電位の変動や基板内での予期しな
い電荷移動は以下の理出により極力避ける必要がある。
集積回路の人出力節を子は通常基板内に形成された保護
抵抗を介して基板内素子にk YICされる。たとえば
P基板にNチャンネル素子?集積した工CではN型領域
で形成した保ぬ抵抗を負にバイアスすると保り抵抗と基
板t4Jが順バイアスされ、基板内に電子が注入される
。
抵抗を介して基板内素子にk YICされる。たとえば
P基板にNチャンネル素子?集積した工CではN型領域
で形成した保ぬ抵抗を負にバイアスすると保り抵抗と基
板t4Jが順バイアスされ、基板内に電子が注入される
。
この電子が池の素子のチャンネル又はキャパシタ領域へ
流れ込むと、本来0であるべき信号が1になったりして
誤動作を起す。従って、金属(導電体)−絶縁体一半尊
体(M工S)構造を有する集積回路では入力端子からの
キャリア注入は極力避けなけれはならない。つまり集積
回路内の全動作領域が基板に対して順バイアスとならな
いように定格動作条件が定められている。集積回路内の
素子が基板とP ’N接合ないしは空乏層て電気的に分
離されているための制約である。基板に対して順バイア
スの定格電圧は通常0.3V髄殊のものでも0.5V以
下である。
流れ込むと、本来0であるべき信号が1になったりして
誤動作を起す。従って、金属(導電体)−絶縁体一半尊
体(M工S)構造を有する集積回路では入力端子からの
キャリア注入は極力避けなけれはならない。つまり集積
回路内の全動作領域が基板に対して順バイアスとならな
いように定格動作条件が定められている。集積回路内の
素子が基板とP ’N接合ないしは空乏層て電気的に分
離されているための制約である。基板に対して順バイア
スの定格電圧は通常0.3V髄殊のものでも0.5V以
下である。
しかしゼロクロス検出器やセラミック発振回路等の需要
が増し、工10のオーバードライブ/オ、4−シュート
の問題も増加している。こわらは従来技術では1チツプ
上ではj1!Δ・′決でき7〒いので集積回路外部にク
ランプダイオードや順′ヨ、流制限抵抗を付加すること
等で対処されている。システム全体としては、部品点数
の増加、製巡コストの31、q大、回路基盤の占有面積
の増大につながるため、集積回路基板内で基板に列して
頑バイアスとなる電圧信号を処理することのできる技術
が望まれている。
が増し、工10のオーバードライブ/オ、4−シュート
の問題も増加している。こわらは従来技術では1チツプ
上ではj1!Δ・′決でき7〒いので集積回路外部にク
ランプダイオードや順′ヨ、流制限抵抗を付加すること
等で対処されている。システム全体としては、部品点数
の増加、製巡コストの31、q大、回路基盤の占有面積
の増大につながるため、集積回路基板内で基板に列して
頑バイアスとなる電圧信号を処理することのできる技術
が望まれている。
本発明は基板に対して順バイアスとなる電圧が端子に印
加されても正常に機能する集積回路を提供することを目
的とする。
加されても正常に機能する集積回路を提供することを目
的とする。
本発明の1特徴によれば、入力端子が基板に対しで順バ
イアスとなると入力端子から基板内に注入されるキャリ
アの大部分がそのまま電源ラインに吸収される。基板電
流は強制的にきわめて小さな値に抑えられ、他の素子に
与える影響が防止される。
イアスとなると入力端子から基板内に注入されるキャリ
アの大部分がそのまま電源ラインに吸収される。基板電
流は強制的にきわめて小さな値に抑えられ、他の素子に
与える影響が防止される。
本発明の1実施例によれはバイポーラトランジスタが入
力端子と電源ライン間に接続され、入力端子から基板に
注入されるエミッタ電流の大部分はコレクタ′市流とし
て電源ラインに吸収される。
力端子と電源ライン間に接続され、入力端子から基板に
注入されるエミッタ電流の大部分はコレクタ′市流とし
て電源ラインに吸収される。
以下、図面に沿って説明する。本発明の実施例部を示す
。入力パッド1に印加された入力電圧■工1、は保護抵
抗Rを介して入力MOSトランジスタ1φ1のケゞ−ト
に印加される。8,9は電源電圧、接地′F(f、圧の
パッドである。MOS )ランジスタl匂と負荷2との
接続点からは反転出力V。UTが出力される。工O是板
の他の帽≦分には、ダイナミックRAMのアドレス回路
の如き■ss端子を含む駆動回路3に接続されたMOS
)ランジスタM2とMOSキャパシタC2が形成されて
いる。1メモIJ i子分のみを示すが他にも多くの素
子が形成されている。
。入力パッド1に印加された入力電圧■工1、は保護抵
抗Rを介して入力MOSトランジスタ1φ1のケゞ−ト
に印加される。8,9は電源電圧、接地′F(f、圧の
パッドである。MOS )ランジスタl匂と負荷2との
接続点からは反転出力V。UTが出力される。工O是板
の他の帽≦分には、ダイナミックRAMのアドレス回路
の如き■ss端子を含む駆動回路3に接続されたMOS
)ランジスタM2とMOSキャパシタC2が形成されて
いる。1メモIJ i子分のみを示すが他にも多くの素
子が形成されている。
保護抵抗R,MO8)ランジスタM工、M2のソースお
よびドレイン領域はN−基板11内のP+拡散領域13
、15 + ’i 6 、17 、18で形成されて
いる。これらのP+領域はN−基板とP”N−ダイオー
ドを形成し、逆バイアス(負電圧〕にされている間は基
板と分離されている。夕゛イオードの賜(、n(である
P+領域に順(正)電圧−を印加ずれば、当然電流が流
れる。つまり入力バッド1の入力端子Vエラが基板11
に対して正電位になると、保護抵抗Rから基板11に対
して寄生ダイオードDを介して基板電流工おが流れる。
よびドレイン領域はN−基板11内のP+拡散領域13
、15 + ’i 6 、17 、18で形成されて
いる。これらのP+領域はN−基板とP”N−ダイオー
ドを形成し、逆バイアス(負電圧〕にされている間は基
板と分離されている。夕゛イオードの賜(、n(である
P+領域に順(正)電圧−を印加ずれば、当然電流が流
れる。つまり入力バッド1の入力端子Vエラが基板11
に対して正電位になると、保護抵抗Rから基板11に対
して寄生ダイオードDを介して基板電流工おが流れる。
P”N−ダイオードなので電流IBはほとんどP+領域
13からN−基板11への正孔電流で形成される。注入
された正孔ct基板11内に拡かる。ところが、IφO
Sキャパシタ02では電極下の空乏領域もしくは反転領
域19に正孔が蓄積されて情報をストアしている。
13からN−基板11への正孔電流で形成される。注入
された正孔ct基板11内に拡かる。ところが、IφO
Sキャパシタ02では電極下の空乏領域もしくは反転領
域19に正孔が蓄積されて情報をストアしている。
正孔の有無が′情報のrlJrOJに対応する。このキ
ャパシタC2+で注入された正孔が流れてくると電極の
負バイアスによって02に補獲される。その給米キャパ
シタC2が充電されることとなり情報が破壊されてしま
う。このように保護抵抗の寄生ダイオードを介して基板
に注入電流が離地電位にあるものとして工Cの膜用がさ
れる。基板+、H流Q::jに基板の、!9′;方向に
流れる電流は基板の抵抗分布に基づいて基鈑イ位を変動
させる。基板電位の変動は41、し音となって種々の誤
動作の原因となりと A ;3F2iのものと同様の部分である。
ャパシタC2+で注入された正孔が流れてくると電極の
負バイアスによって02に補獲される。その給米キャパ
シタC2が充電されることとなり情報が破壊されてしま
う。このように保護抵抗の寄生ダイオードを介して基板
に注入電流が離地電位にあるものとして工Cの膜用がさ
れる。基板+、H流Q::jに基板の、!9′;方向に
流れる電流は基板の抵抗分布に基づいて基鈑イ位を変動
させる。基板電位の変動は41、し音となって種々の誤
動作の原因となりと A ;3F2iのものと同様の部分である。
P+拡散領域13はMOS トランジスタM1のデ一様
のものである。拡散領域13の近傍に他のP+拡散領域
14が形成される。P+領域13.14はそれぞれ人力
パッド1、電源電圧パッド8に接続される。P+領域1
3と14との間にはぎまれた基板11の領域12は好ま
しくは少数ギヤリアの拡散長のほぼ3倍以下の長さを有
する。すなわぢP+領域13N−領域12、P+領域1
4がPNPラテラルバイポーラトランジスタのエミッタ
、ベース、コレクタを形成する。P+領域14のP+領
域13と対面する側から電源(’DD)ラインに接続す
る所までの間の抵抗1(2はラテラルトランジスタの負
荷抵抗となりコレクタ電流を制限する働きをする。抵抗
R2は別に形成してもよい。又P+領域14を図1中1
4′で示すようにエミッタとなるP+領域13を囲むよ
うに配置するとコレクタに面していない部分からのギヤ
リアの逃けがなくなり、キャリア収集効率従ってラテラ
ルバイポーラトランジスタの増幅率βを高くできる。又
ベース巾と在るIじ領域12の長さ、P+領域の不純物
密度に対するN−領域12の不純物密度が小さいほどラ
テラルバイポーラトランジスタの増幅率βを大きくする
ごとができることは自明であろう。たとえば60以上の
電流増幅率を得ることができる。エミッタコレクタ間の
耐圧不足ブレークダウン等の問題を起さない限り電流増
幅率は高いほど好ましい。
のものである。拡散領域13の近傍に他のP+拡散領域
14が形成される。P+領域13.14はそれぞれ人力
パッド1、電源電圧パッド8に接続される。P+領域1
3と14との間にはぎまれた基板11の領域12は好ま
しくは少数ギヤリアの拡散長のほぼ3倍以下の長さを有
する。すなわぢP+領域13N−領域12、P+領域1
4がPNPラテラルバイポーラトランジスタのエミッタ
、ベース、コレクタを形成する。P+領域14のP+領
域13と対面する側から電源(’DD)ラインに接続す
る所までの間の抵抗1(2はラテラルトランジスタの負
荷抵抗となりコレクタ電流を制限する働きをする。抵抗
R2は別に形成してもよい。又P+領域14を図1中1
4′で示すようにエミッタとなるP+領域13を囲むよ
うに配置するとコレクタに面していない部分からのギヤ
リアの逃けがなくなり、キャリア収集効率従ってラテラ
ルバイポーラトランジスタの増幅率βを高くできる。又
ベース巾と在るIじ領域12の長さ、P+領域の不純物
密度に対するN−領域12の不純物密度が小さいほどラ
テラルバイポーラトランジスタの増幅率βを大きくする
ごとができることは自明であろう。たとえば60以上の
電流増幅率を得ることができる。エミッタコレクタ間の
耐圧不足ブレークダウン等の問題を起さない限り電流増
幅率は高いほど好ましい。
P+領域13はN−基板11とP+N−接合を作り、必
然的に′「坏土ダイオードを形成している。トランジス
タ作用にb)係しない寄生ダイオードを仮にDとすると
、P+領域14 、14’と対面している部分はトラン
ジスタとして働くのでダイオードDの主たるド;3分は
P″領域13と基板下面とにはさま、!1でいる部分で
形成される。従ってたとえ同レベルのり゛イオード電流
が第1A図と第2A図の回路で流れたとしても、基板の
他の部分に行きつくキャリア数は第2 B mlの場合
の方が少ない。以下この夕ゞイオードDもトランジスタ
Qの一音1へであるとして解析する。
然的に′「坏土ダイオードを形成している。トランジス
タ作用にb)係しない寄生ダイオードを仮にDとすると
、P+領域14 、14’と対面している部分はトラン
ジスタとして働くのでダイオードDの主たるド;3分は
P″領域13と基板下面とにはさま、!1でいる部分で
形成される。従ってたとえ同レベルのり゛イオード電流
が第1A図と第2A図の回路で流れたとしても、基板の
他の部分に行きつくキャリア数は第2 B mlの場合
の方が少ない。以下この夕ゞイオードDもトランジスタ
Qの一音1へであるとして解析する。
介入カパツド1に基板11に対してl1lijバイアス
となる電圧が印加されたとすると、エミッタ・ペース間
が順バイアスされて順電流工、がPNP )ランジスタ
Qのエミッタに流れる。P+領域13゜14、N−領域
11.12で形成するPNP )ランジスタの電流増幅
率をβとすると β・より−IO、工E = ■B+稲 、°、■お−禄/(1+β〕 となる。但し工お+ ■oはベース′社流、コレクタ電
流である。稲従ってP+領域13から基板への注入電流
はP+領域13からの全注入′也流禄の1/(1+β〕
倍となる。β=60とすると、第1A。
となる電圧が印加されたとすると、エミッタ・ペース間
が順バイアスされて順電流工、がPNP )ランジスタ
Qのエミッタに流れる。P+領域13゜14、N−領域
11.12で形成するPNP )ランジスタの電流増幅
率をβとすると β・より−IO、工E = ■B+稲 、°、■お−禄/(1+β〕 となる。但し工お+ ■oはベース′社流、コレクタ電
流である。稲従ってP+領域13から基板への注入電流
はP+領域13からの全注入′也流禄の1/(1+β〕
倍となる。β=60とすると、第1A。
1B図の場合と較べ基板′4流は約1/ろ0になる。
従って■C基板の他の部分へ流れるキャリアのhlもき
わめて小さくなり、工C動作への悪影響を大「[]に軽
減することができる。別の−旨い方なすれば全注入電流
工8の大部分秘−工、β/(1+β)をトランジスタQ
のコレクタを介して一■DDの電源ラインに吸収させる
ことができる。上述のようにp1vpトランジスタQの
ベース電流■おは第1A図のダイオード′m流工おより
局所化できるので工C基板の他の部分に与える影響はざ
らに小さくできる。
わめて小さくなり、工C動作への悪影響を大「[]に軽
減することができる。別の−旨い方なすれば全注入電流
工8の大部分秘−工、β/(1+β)をトランジスタQ
のコレクタを介して一■DDの電源ラインに吸収させる
ことができる。上述のようにp1vpトランジスタQの
ベース電流■おは第1A図のダイオード′m流工おより
局所化できるので工C基板の他の部分に与える影響はざ
らに小さくできる。
上述したラテラルPNP構造は同一基板上のPチャンネ
ルMO3)ランジスタのソースないしドレイン15,1
6.17を形成する拡散工程で同時に作ることができる
。従って製造プロセス上も特別なマスクや工程を必要と
せず製造コストを上げることなく笑施できる。
ルMO3)ランジスタのソースないしドレイン15,1
6.17を形成する拡散工程で同時に作ることができる
。従って製造プロセス上も特別なマスクや工程を必要と
せず製造コストを上げることなく笑施できる。
なお、第2B図のメモリ素子はドレイン拡散自明であろ
う。ダイナミック動作をする素子特にiVl○Sキャパ
シタに電荷を蓄積してダ(ナミック動作をする素子は少
数キャリアの流入で誤動作をし易いので、上述したよう
な基板電流の減少が有効てあZ)。PMOs 工(!て
as5 ”Bしたが1’Jh40S 工0 %CMO3
工C等でも同様の効果がある。基板の導電型に従って4
′社型を夏えることは自明であろう。
う。ダイナミック動作をする素子特にiVl○Sキャパ
シタに電荷を蓄積してダ(ナミック動作をする素子は少
数キャリアの流入で誤動作をし易いので、上述したよう
な基板電流の減少が有効てあZ)。PMOs 工(!て
as5 ”Bしたが1’Jh40S 工0 %CMO3
工C等でも同様の効果がある。基板の導電型に従って4
′社型を夏えることは自明であろう。
入力端子のみについて述べたが外部と接続されるすべて
の入出力茄子に適用できることも自明であろう。
の入出力茄子に適用できることも自明であろう。
工C基板の他の部分に与える影響をさらに減少させるこ
とのできる実施例を第6図に示す。入力バッド1に接続
されエミッタとなるP+領域13を囲んで電源ライン(
”■DD)に接続されたコレクタ領域となるP+領域1
4、さらにその外側を囲んでガードリングとなるN+領
域20が配置されている。R4−領域20は接地ライン
(V88)に金属′電極で短絡されている。トランジス
タ部分から外へ拡散しようとするベース電流よりを局所
化し、工C基板内に広く拡散する前にN+領域20を介
して接地ライン■SSに吸収することができる。このよ
うにすればより効果的な保iが行なえる。
とのできる実施例を第6図に示す。入力バッド1に接続
されエミッタとなるP+領域13を囲んで電源ライン(
”■DD)に接続されたコレクタ領域となるP+領域1
4、さらにその外側を囲んでガードリングとなるN+領
域20が配置されている。R4−領域20は接地ライン
(V88)に金属′電極で短絡されている。トランジス
タ部分から外へ拡散しようとするベース電流よりを局所
化し、工C基板内に広く拡散する前にN+領域20を介
して接地ライン■SSに吸収することができる。このよ
うにすればより効果的な保iが行なえる。
以上述べたように本発明によれは以下の利点を得ること
ができる。
ができる。
(1)外部保証回路(外部部品点数〕をなくずδことが
出来るのでコスト、回路基盤の小型化等の面で改善出来
る。
出来るのでコスト、回路基盤の小型化等の面で改善出来
る。
(2)従来の仕様より広範囲な入出力のスイング巾、牙
−パードライブないしオーバーシュートを保証出来る。
−パードライブないしオーバーシュートを保証出来る。
従って、より変化に富んだ利用が可能になるなどの利点
が大きい。
が大きい。
(:3) ポンディングパッド周辺の不使用面積を利
用してレイアウト出来るので工Cのバー寸法が増大する
等の問題はない。
用してレイアウト出来るので工Cのバー寸法が増大する
等の問題はない。
(4)製造プロセス的にはMOS )ランジスタのソー
ス・ドレインと同時にラテラルバイポーラトランジスタ
を形成出来るので特別なマスクや製造工稈を必要としな
い。
ス・ドレインと同時にラテラルバイポーラトランジスタ
を形成出来るので特別なマスクや製造工稈を必要としな
い。
実hi例を説明するための集積回路Q」部分回路図と部
分断面l:/(、第3図1は他の実施例を説明するだめ
の部分’iafmj図である。
分断面l:/(、第3図1は他の実施例を説明するだめ
の部分’iafmj図である。
省」号の説iL1」
R、R1、R2・JJ抗、M 1 、 M 2 ・−i
l、403 トランジスタ、C2・・・lφOSキャパ
シタ、Q・バイポーラトランジスタ、D・・ダイオード
、 1.8.9・・・パッド、11.12・・基板、13.
14.14’、15,16,17.20・・・拡@領域
。
l、403 トランジスタ、C2・・・lφOSキャパ
シタ、Q・バイポーラトランジスタ、D・・ダイオード
、 1.8.9・・・パッド、11.12・・基板、13.
14.14’、15,16,17.20・・・拡@領域
。
代理人 浅 村 皓
外4名
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)多数の導電体−絶縁物一半導体構造を有する半導
体集積回路であって、接地された第1導電型の高抵抗率
半導体基板と、基板内に形成され、第1導電型と逆の第
2導電型を有する第1の低抵抗率半導体領域であって基
板との間のpn接合を逆バイアスする極性の電圧が印加
される第1領域と、基板内で第1領域に近接して形成さ
れた第2導屯型を有する第2の低比抵抗率半導体領域で
あって変化する入力端子を受ける入力パッドに)ノ、:
続された第2領域とを有する半導体集積回路。 (2、特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回路であ
って、前記第1領域第2領域間の距離は、hL板内の少
数キャリアの拡散長の6倍以内である半導体集積回路。 (3)特許請求の範囲第1項記載の半醇体集積I!JJ
路であって、前記第1領域は前記第2領域を囲んで配置
された半導体集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23099082A JPS59123256A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23099082A JPS59123256A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 半導体集積回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59123256A true JPS59123256A (ja) | 1984-07-17 |
JPH059943B2 JPH059943B2 (ja) | 1993-02-08 |
Family
ID=16916501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23099082A Granted JPS59123256A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59123256A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61102765A (ja) * | 1984-10-26 | 1986-05-21 | Matsushita Electronics Corp | 半導体集積回路装置 |
JPS61237472A (ja) * | 1985-04-15 | 1986-10-22 | Nec Corp | 半導体装置 |
EP0903828A1 (en) * | 1997-09-23 | 1999-03-24 | STMicroelectronics S.r.l. | Improved device for the protection of an integrated circuit against electrostatic discharges |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5068483A (ja) * | 1973-10-19 | 1975-06-07 |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP23099082A patent/JPS59123256A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5068483A (ja) * | 1973-10-19 | 1975-06-07 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS61102765A (ja) * | 1984-10-26 | 1986-05-21 | Matsushita Electronics Corp | 半導体集積回路装置 |
JPS61237472A (ja) * | 1985-04-15 | 1986-10-22 | Nec Corp | 半導体装置 |
JPH0518466B2 (ja) * | 1985-04-15 | 1993-03-12 | Nippon Electric Co | |
EP0903828A1 (en) * | 1997-09-23 | 1999-03-24 | STMicroelectronics S.r.l. | Improved device for the protection of an integrated circuit against electrostatic discharges |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH059943B2 (ja) | 1993-02-08 |
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