KR20000004725A - Electrostatic protection circuit of semiconductor devices - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 정전기 보호 회로에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치의 살리사이드 공정시 로직의 정전기 보호 회로에 저저항성 금속박막을 형성하여 외부로부터 유입된 과도 전류를 효과적으로 분산하므로 정전기 보호 능력을 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 정전기 보호 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic protection circuit of a semiconductor device. In particular, in the salicide process of a semiconductor device, a low-resistance metal thin film is formed in an electrostatic protection circuit of logic to effectively distribute transient currents from the outside, thereby improving electrostatic protection. And a static electricity protection circuit of a semiconductor device.
반도체 메모리장치의 집적도가 높아지고 이에 소자의 크기가 미세화되어감에 따라서 ESD(ElectroStatic Discharge; 이하 정전기 방전이라 함)에 대한 집적회로의 신뢰성이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 이것은 서브 미크론 공정 기술이 얇은 산화막, 얕은 접합, 작은 콘텍영역과 단채널 등의 기술을 채용함으로써 정전기 방전을 더욱 나쁘게 만들기 때문이다.As the degree of integration of semiconductor memory devices increases and the size of devices becomes smaller, the reliability of integrated circuits against ESD (Electrostatic Discharge) is emerging as an important issue. This is because the submicron process technology makes the electrostatic discharge even worse by employing techniques such as thin oxide film, shallow junction, small contact area and short channel.
그리고, 반도체장치는 제조 과정이나 유통 과정 등의 다양한 경우에 고전압의 정전기에 의하여 소자에 치명적인 손상을 입는 경우가 종종 일어난다. 정전기에 의해 소자가 손상을 입게 과정은 인체 체형 모델과 기계 모델로서 크게 나누어서 설명되있는데, 최근에는 칩 내부에 축적된 전하에 의하여 손상을 입게 되는 CDM(Charged Device Model)의 경우도 고려되고 있다.In the semiconductor device, in various cases, such as a manufacturing process or a distribution process, the device is often damaged by high voltage static electricity. The process of damaging a device by static electricity is divided into a human body model and a mechanical model. Recently, a charged device model (CDM), which is damaged by electric charges accumulated in a chip, is also considered.
이를 위해 반도체장치는 인체 또는 외부 물체로부터 입력패드를 통해 고전압의 정전기가 방전되는 펄스로부터 반도체장치의 내부회로를 보호하기 위하여 입력패드와 내부회로의 전류패스에 정전기 보호회로를 형성하여 고전압의 정전기 방전펄스가 접지전원이나 구동전원으로 바이패스되도록 함으로써 내부회로를 보호하고 있다.To this end, the semiconductor device forms an electrostatic protection circuit in the current path of the input pad and the internal circuit to protect the internal circuit of the semiconductor device from pulses in which high voltage static electricity is discharged from the human body or an external object through the input pad. Internal circuits are protected by allowing pulses to be bypassed to ground or drive power.
일반적으로 로직 회로의 정전기 보호 회로는 패드 피치가 작은 이유때문에 위와 같은 활성의 모스 트랜지스터로 구성되는데, 많은 양의 전류가 잽핑될 경우 게이트의 손상이 빈번하게 발생하게 되어 많은 양의 전류를 분산하는데에 한계가 있었다. 이 때문에 일부 로직 회로에서는 패드 부분에 다이오드를 구비한 SCR(Silicon Control Rectifier) 구조 내지 필드 트랜지스터로 구성된 정전기 보호 회로를 이용하기도 한다. 하지만, 로직 회로에서의 패드 피치의 제한으로 인하여 이러한 추가적인 구조를 삽입하는 것 또한 문제점이 있었다.In general, the static protection circuit of a logic circuit is composed of the active MOS transistors because of the small pad pitch. When a large amount of current is pumped, damage to a gate occurs frequently, so that a large amount of current is distributed. There was a limit. For this reason, some logic circuits use a silicon control rectifier (SCR) structure having a diode in the pad portion or an electrostatic protection circuit composed of field transistors. However, inserting this additional structure also suffered from limitations of pad pitch in logic circuits.
도 1은 통상적인 로직의 정전기 보호 회로를 나타낸 도면으로서, 이 회로는 입력 패드(10)와 내부 회로(30) 사이에 구성되어 있으며, 입력 패드(10)로부터 인가된 정전기를 전원 전압(Vcc)으로 바이패스하도록 게이트와 소스가 공통 연결된 피모스 트랜지스터(22)와, 입력 패드(10)로부터 인가된 정전기를 접지 전압(GND)으로 바이패스하도록 피모스 트랜지스터(22)의 드레인에 직렬로 드레인이 연결되며 게이트와 소스가 공통 연결된 엔모스 트랜지스터(24)로 구성된다.FIG. 1 is a diagram showing a static logic protection circuit of conventional logic, which is configured between the input pad 10 and the internal circuit 30, and the static electricity applied from the input pad 10 is applied to the power supply voltage Vcc. Drain in series with the drain of the PMOS transistor 22 to bypass the static electricity applied from the input pad 10 to the ground voltage GND. The NMOS transistor 24 is connected and the gate and the source are connected in common.
도 2는 도 1의 정전기 보호 회로의 수직 단면도이다. 이를 참조하면, 정전기 보호회로의 피모스 트랜지스터(22)는 소자 분리 영역과 활성 영역을 정의하기 위한 필드 산화막(4)이 형성된 실리콘 기판(2) 내에 n형 불순물이 저농도로 깊게 주입된 n형 웰(220)을 가지며, 상기 n형 웰(220) 상부에 형성된 게이트(222)와, 상기 게이트(222) 에지 근방의 n형 웰(220) 내에 p형 불순물이 고농도로 주입된 드레인(224)/소스(226)와, 상기 소스(226)와 이웃하는 필드 산화막 사이의 n형 웰(220) 내에 n형 불순물이 고농도로 주입된 픽업웰(228)로 구성된다.2 is a vertical cross-sectional view of the static electricity protection circuit of FIG. Referring to this, the PMOS transistor 22 of the electrostatic protection circuit has an n-type well in which a low concentration of n-type impurities is deeply implanted into a silicon substrate 2 on which a field oxide film 4 for defining an isolation region and an active region is formed. A drain 224 having a high concentration of p-type impurities in the gate 222 formed on the n-type well 220 and the n-type well 220 near the edge of the gate 222. And a pickup well 228 in which a high concentration of n-type impurities are injected into the n-type well 220 between the source 226 and the field oxide layer adjacent to the source 226.
또한, 정전기 보호회로의 엔모스 트랜지스터는 상기 n형 웰(220)과 이웃하여 p형 불순물이 저농도로 깊게 주입된 p형 웰(240)을 가지며, 상기 p형 웰(240) 상부에 형성된 게이트(242)와, 상기 게이트(242) 에지 근방의 p형 웰(240) 내에 n형 불순물이 고농도로 주입된 드레인(242)/소스(246)와, 상기 소스(246)와 이웃하는 필드 산화막 사이의 p형 웰(240) 내에 p형 불순물이 고농도로 주입된 픽업웰(248)로 구성된다.In addition, the NMOS transistor of the static electricity protection circuit has a p-type well 240 in which p-type impurities are deeply injected at a low concentration adjacent to the n-type well 220, and a gate formed on the p-type well 240. 242, a drain 242 / source 246 in which a high concentration of n-type impurities are injected into the p-type well 240 near the edge of the gate 242, and a field oxide film adjacent to the source 246. It is composed of a pickup well 248 in which a high concentration of p-type impurities are injected into the p-type well 240.
여기서, 입력 패드(10)는 피모스 및 엔모스 트랜지스터(22,24)의 드레인 영역(224,244)과 연결되어 있으며 소스 영역(226,246)은 정전기의 고전압이 인가되는 경우에 각 전원 라인으로 전류를 분산하기 위하여 전원 전압(Vcc) 단자와 접지 전압(GND) 단자로 연결되어 있다.Here, the input pad 10 is connected to the drain regions 224 and 244 of the PMOS and NMOS transistors 22 and 24, and the source regions 226 and 246 distribute current to each power line when a high voltage of static electricity is applied. The power supply voltage (Vcc) terminal and the ground voltage (GND) terminal are connected to each other.
이와 같이 구성된 로직 회로의 정전기 보호회로는 인체 체형 모델과 기계 모델로 나누어 테스트하게 되는데, 이 경우 모두 적용되는 테스트는 양전압을 인가하는 전원 전압 모드, 및 음전압을 인가하는 접지 전압 모드를 가진다. 즉, 피모스 트랜지스터(22)의 경우에 입력 패드(10)로부터 유입된 전류는 드레인(224)을 거쳐 픽업 웰(228)로 흐르며, 소스(226)로부터 드레인(224)으로 전류가 흐르게 된다. 그리고, 엔모스 트랜지스터(24)의 경우에는 드레인(244)으로부터 소스(246)로 전류가 흐르며, 픽업 웰(248)에서 드레인(244)으로 전류가 흐르게 된다. 여기서, 첨부 도면 부호 Ia,Ib는 피모스 트랜지스터의 전류 경로를 나타내며, 도면 부호 Ia', Ib'는 엔모스 트랜지스터의 전류 경로를 나타낸다.The static electricity protection circuit of the logic circuit configured as described above is divided into a human body model and a mechanical model for testing. In this case, the test is applied to a power supply voltage mode for applying a positive voltage and a ground voltage mode for applying a negative voltage. That is, in the case of the PMOS transistor 22, current flowing from the input pad 10 flows through the drain 224 to the pickup well 228, and current flows from the source 226 to the drain 224. In the case of the NMOS transistor 24, a current flows from the drain 244 to the source 246, and a current flows from the pickup well 248 to the drain 244. Here, reference numerals Ia and Ib denote current paths of the PMOS transistor, and reference numerals Ia 'and Ib' denote current paths of the NMOS transistor.
도 3은 정전기 보호 회로를 구성하는 트랜지스터에 걸리는 기생 저항을 나타낸 도면으로, 첨부 도면 부호들 R1, R2, R3, R4, R5은 피모스 트랜지스터에 전류가 흐를 때 내부 소자에 걸리는 기생 저항을 나타낸 것이다.3 is a diagram illustrating a parasitic resistance applied to a transistor constituting an electrostatic protection circuit, and reference numerals R1, R2, R3, R4, and R5 represent parasitic resistances applied to internal elements when current flows through a PMOS transistor. .
이를 참조하면, 입력 패드나 전원 전압 또는 접지 전압의 공급 라인으로 핍에 흐르게 되는 전류를 분산시키기 위해서는 전체 전류의 경로에 기여하는 총 저항 값을 줄여야 한다.Referring to this, in order to distribute the current flowing in the pip to the input pad or the supply line of the supply voltage or the ground voltage, the total resistance value that contributes to the path of the entire current must be reduced.
이를 위해서 로직 회로의 정전기 보호회로는 소스/드레인 부위에 저항값을 낮추는 저저항성 금속박막을 형성하는 실리사이드 공정을 실시한다. 그러나, 입력 패드와 직접 연결된 드레인에는 저저항성 금속박막에 의한 기생 커패시턴스가 발생하게 되어 고속 동작을 요구하는 로직 회로의 특성을 저하시킨다. 또한 높은 전류가 패드에 인가되어 트랜지스터의 드레인에서 소스로 전류가 흐를 경우 드레인 부분은 온도가 상승하게 된다. 이때 드레인 및 소스 상부면에 각각 저저항성 금속박막이 형성되어 있다면 드레인 영역의 열전도가 좋아져 소스의 저저항성 금속박막에 열적 손상을 일으키게 된다.To this end, the static electricity protection circuit of the logic circuit performs a silicide process of forming a low resistance metal thin film having a lower resistance value at the source / drain portion. However, the parasitic capacitance caused by the low-resistance metal thin film is generated in the drain directly connected to the input pad, thereby degrading the characteristics of the logic circuit requiring high-speed operation. In addition, when a high current is applied to the pad and a current flows from the drain to the source of the transistor, the temperature of the drain portion increases. At this time, if the low-resistance metal thin film is formed on the drain and the upper surface of the source, the thermal conductivity of the drain region is improved, causing thermal damage to the low-resistance metal thin film of the source.
그러므로, 로직 회로의 정전기 보호 회로는 실리사이드 공정에 의해 드레인 및 소스 영역에 저저항성 금속박막을 구비하여 소자의 전류 구동 능력을 향상시킬 수 있지만, 드레인 영역의 저저항성 금속박막에 의해 소자의 열적 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.Therefore, the static electricity protection circuit of the logic circuit can improve the current driving capability of the device by providing a low resistive metal thin film in the drain and source regions by the silicide process, but the thermal characteristics of the device can be improved by the low resistive metal thin film in the drain region. There was a problem of deterioration.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 외부로부터 유입된 과도 전류를 효과적으로 분산하면서 소자의 열적 특성을 저해시키지 않으면서 회로의 정전기 방전 특성을 크게 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 정전기 보호회로를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, while effectively distributing the transient current flowing from the outside of the semiconductor device can significantly improve the electrostatic discharge characteristics of the circuit without compromising the thermal characteristics of the device To provide a protection circuit.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 소자의 열적 특성을 저해시키지 않으면서 로직 회로의 전류 구동 능력도 종래 기술과 동일하게 구현할 수 있는 반도체 장치의 정전기 보호회로를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an electrostatic protection circuit of a semiconductor device that can implement the current driving capability of the logic circuit in the same manner as the prior art without hindering the thermal characteristics of the device in order to solve the problems of the prior art as described above. have.
도 1은 통상적인 로직의 정전기 보호 회로를 나타낸 도면,1 is a diagram showing an electrostatic protection circuit of conventional logic;
도 2는 도 1에 도시된 선 A-A'에 의한 정전기 보호 회로의 수직 단면도,2 is a vertical cross-sectional view of the static electricity protection circuit by the line A-A 'shown in FIG.
도 3은 정전기 보호 회로를 구성하는 트랜지스터에 걸리는 기생 저항을 나타낸 도면,3 is a diagram showing a parasitic resistance applied to a transistor constituting an electrostatic protection circuit;
도 4는 본 발명에 따른 반도체 장치의 정전기 보호 회로를 나타낸 수직 단면도이다.4 is a vertical cross-sectional view showing an electrostatic protection circuit of a semiconductor device according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 입/출력 패드 22: 피모스 트랜지스터10: input / output pad 22: PMOS transistor
24: 엔모스 트랜지스터 30: 내부 회로24: NMOS transistor 30: internal circuit
2: 실리콘 기판 4: 필드 산화막2: silicon substrate 4: field oxide film
220: n웰 240: p웰220: n well 240: p well
222,242: 게이트 224, 244: 드레인222, 242: gate 224, 244: drain
226,246: 소스 228, 248: 픽업 웰226,246 source 228, 248 pickup well
227, 229, 247, 249: 저저항성 금속박막227, 229, 247, and 249: low resistance metal thin film
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입/출력 패드에 연결되어 외부 정전기로부터 내부 회로를 보호하는 정전기 보호회로에 있어서, 입/출력 패드와 전원 전압 사이에 연결된 제 1모스 트랜지스터와, 입출력 패드와 접지 전압 사이에 연결되며 제 1모스 트랜지스터와 드레인이 공통 연결된 제 2모스 트랜지스터를 구비하며, 제 1 및 제 2모스 트랜지스터의 각 저농도 불순물 웰 내에 상기 패드로부터 흐르는 전류를 차단하기 위해 트랜지스터 소스 및 드레인과는 다른 도전형 불순물이 주입된 픽업 웰 및 이 웰과 이웃하는 트랜지스터의 소스 상부면이 각각 저저항성 금속박막이 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electrostatic protection circuit connected to an input / output pad to protect an internal circuit from external static electricity, comprising: a first MOS transistor connected between the input / output pad and a power supply voltage, an input / output pad, and a ground; A second MOS transistor coupled between the first MOS transistor and a drain, the second MOS transistor being connected in common with the transistor source and the drain to block a current flowing from the pad in each of the low concentration impurity wells of the first and second MOS transistors. The pick-up well implanted with other conductive impurities and the source upper surface of the transistor adjacent to the well are each formed with a low-resistance metal thin film.
본 발명의 정전기 보호 회로에 있어서, 제 1모스 트랜지스터는 p채널 모스 트랜지스터이며, 제 2모스 트랜지스터는 n채널 모스 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.In the static electricity protection circuit of the present invention, the first MOS transistor is a p-channel MOS transistor, and the second MOS transistor is preferably an n-channel MOS transistor.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입/출력 패드에 연결되어 외부 정전기로부터 내부 회로를 보호하는 정전기 보호회로에 있어서, 입/출력 패드와 전원 전압 사이에 연결된 제 1모스 트랜지스터와, 입출력 패드와 접지 전압 사이에 연결되며 제 1모스 트랜지스터와 드레인이 공통 연결된 제 2모스 트랜지스터를 구비하며, 제 1 및 제 2모스 트랜지스터의 각 저농도 불순물 웰 내에 상기 패드로부터 흐르는 전류를 차단하기 위해 트랜지스터 소스 및 드레인과는 다른 도전형 불순물이 주입된 픽업 웰 및 이 웰과 이웃하는 트랜지스터의 소스 상부면이 각각 저저항성 금속박막이 형성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrostatic protection circuit connected to an input / output pad to protect an internal circuit from external static electricity, the first MOS transistor connected between the input / output pad and a power supply voltage, an input / output pad, A second MOS transistor connected between the ground voltage and the first MOS transistor and the drain in common, and having a transistor source and a drain to block current flowing from the pad in each of the low concentration impurity wells of the first and second MOS transistors. Is characterized in that a low resistance metal thin film is formed in each of the pickup wells into which the other conductivity type impurities are injected and the source upper surface of the transistor adjacent to the wells.
본 발명에 의하면, 로직 회로에서의 기본적인 ESD 회로인 활성 트랜지스터로 구성된 보호회로에 추가적인 구조를 삽입하지 않고 살리사이드 공정을 이용하여 ESD 보호 특성을 향상시키는데 그 특징이 있다. 또한 추가적인 회로 구조의 제공없이 ESD 보호회로를 구성함으로써 많은 패드 수를 요구하는 칩에서도 패드 피치에 다소의 제한이 없이 효과적인 ESD 보호회로를 구성할 수 있다.According to the present invention, there is a feature of improving the ESD protection characteristics by using the salicide process without inserting an additional structure into a protection circuit composed of an active transistor which is a basic ESD circuit in a logic circuit. In addition, by configuring ESD protection circuits without providing additional circuit structure, an effective ESD protection circuit can be configured without any limitation on pad pitch even on a chip requiring a large number of pads.
정전기 보호회로의 트랜지스터 드레인 영역에 저저항성 금속박막을 선택적으로 형성하지 않아 트랜지스터 구동시 드레인에 걸리는 기생 저항을 줄일 수 있어 회로의 고속 동작이 가능하다.Since the low-resistance metal thin film is not selectively formed in the transistor drain region of the static electricity protection circuit, parasitic resistance applied to the drain when the transistor is driven can be reduced, thereby enabling high-speed operation of the circuit.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 장치의 정전기 보호 회로를 나타낸 수직 단면도으로, 도 1의 회로 구성과 동일하기 때문에 동일한 첨부 도면 부호를 사용한다.4 is a vertical cross-sectional view showing a static electricity protection circuit of the semiconductor device according to the present invention, and the same reference numerals are used because they are the same as the circuit configuration of FIG.
본 발명의 정전기 보호회로는 피모스 트랜지스터(22)가 n형 웰(220) 상부에 형성된 게이트(222)와, 상기 게이트(222) 에지 근방의 n형 웰(220) 내에 p형 불순물이 고농도로 주입된 드레인(224)/소스(226)와, 상기 소스(226)와 이웃하는 필드 산화막 사이의 n형 웰(220) 내에 n형 불순물이 고농도로 주입된 픽업웰(228)과 상기 소스(226) 및 픽업웰(228) 상부면에 각각 형성된 저저항성 금속박막(227,229)로 구성된다.The electrostatic protection circuit of the present invention has a high concentration of p-type impurities in the gate 222 having the PMOS transistor 22 formed on the n-type well 220 and the n-type well 220 near the edge of the gate 222. The pick-up well 228 and the source 226 in which a high concentration of n-type impurities are injected into the n-type well 220 between the implanted drain 224 / source 226 and the source 226 and the adjacent field oxide layer. And low resistance metal thin films 227 and 229 formed on the top surface of the pickup well 228, respectively.
역시, 정전기 보호회로의 엔모스 트랜지스터도 소스(246)와 픽업웰(248) 상부면에 각각 형성된 저저항성 금속박막(247,249)를 가진다.The NMOS transistor of the electrostatic protection circuit also has low resistance metal thin films 247 and 249 formed on the top surface of the source 246 and the pickup well 248, respectively.
그러므로, 본 발명은 실리사이드 공정시 드레인 영역을 제외한 소스 및 픽업웰 영역에만 저저항성 금속박막을 형성하기 때문에 로직 회로의 동작 특성을 고속으로 유지하면서 입력 패드와 직접 연결된 드레인 영역의 기생 커패시턴스를 줄인다.Therefore, the present invention forms a low-resistance metal thin film only in the source and pickup well regions except the drain region in the silicide process, thereby reducing the parasitic capacitance of the drain region directly connected to the input pad while maintaining the operation characteristics of the logic circuit at high speed.
한편, 상기 실시예에서는 드레인 영역을 제외한 고농도 불순물 영역(소스, 픽업웰) 위에만 실리사이드 공정을 선택적으로 실시하였지만, 다른 실시예에서는 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역을 모드 제외한 픽업엘 영역에만 선택적으로 저저항성 금속박막을 형성시킬 수도 있다.Meanwhile, in the above embodiment, the silicide process is selectively performed only on the high concentration impurity regions (source and pickup well) except the drain region. In the other embodiment, the low resistance is selectively selected only in the pickup EL region excluding the source and drain regions of the transistor. It is also possible to form a metal thin film.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 로직 회로의 정전기 보호회로에 실리사이드 공정에 의한 저저항성 금속박막을 드레인 영역을 제외한 고농도의 불순물 영역에만 선택적으로 구비하므로 소자의 전류 구동 능력이 향상되면서 드레인 영역의 열적 특성 저하를 방지한다.As described above, in the present invention, since the low-resistance metal thin film by the silicide process is selectively provided only in the high concentration impurity region excluding the drain region, the thermal current characteristic of the drain region is reduced while improving the current driving capability of the device. To prevent.
따라서, 본 발명은 외부로부터 유입된 과도 전류를 효과적으로 분산하면서 회로의 정전기 방전 특성을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention has the effect of greatly improving the electrostatic discharge characteristics of the circuit while effectively distributing the transient current introduced from the outside.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019980026218A KR20000004725A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Electrostatic protection circuit of semiconductor devices |
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KR1019980026218A KR20000004725A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Electrostatic protection circuit of semiconductor devices |
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Family Applications (1)
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KR1019980026218A KR20000004725A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Electrostatic protection circuit of semiconductor devices |
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-
1998
- 1998-06-30 KR KR1019980026218A patent/KR20000004725A/en not_active Application Discontinuation
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