JPS6056310B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS6056310B2 JPS6056310B2 JP50071242A JP7124275A JPS6056310B2 JP S6056310 B2 JPS6056310 B2 JP S6056310B2 JP 50071242 A JP50071242 A JP 50071242A JP 7124275 A JP7124275 A JP 7124275A JP S6056310 B2 JPS6056310 B2 JP S6056310B2
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- JP
- Japan
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- well
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/80—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
- H10D84/82—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
- H10D84/83—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
- H10D84/85—Complementary IGFETs, e.g. CMOS
- H10D84/854—Complementary IGFETs, e.g. CMOS comprising arrangements for preventing bipolar actions between the different IGFET regions, e.g. arrangements for latchup prevention
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置、特にサイリスタ効果の発生を防
止したCMIS−ICに関する。
止したCMIS−ICに関する。
CMIS−IC(相補型の金属絶縁物半導体素子から
なる集積回路)、特に第1図に示す如きCMISインバ
ータは論理回路等に広く使用されつつある。第2図はこ
のCMISインバータの等価回路を示し、これらの図に
示すようにこのインバータはN−型半導体基板1に形成
されたPチャンネル型 の電界効果トランジスタ(FE
T)Q、と、基板1に作つたP−型ウェル2に形成した
NチャンネルFETQ。とを直列に接続し(P、N伝導
型は勿論この逆でもよい)、ゲート電極G、、G。は共
通に入力端子V、に接続し、互に接続したドレイン電極
Dp、DNは出力端子V。へ接続し、FETQ、、Q。
のソース電極5、、SNは電源端子VDD、V、、へそ
れぞれ接続してなる。またこのCMISインバータでは
ゲート電極に正または負の過大な電圧が印加したときそ
の電極と基板との間の絶縁膜、通常は酸化膜、が絶縁破
壊を生じることがないように、保護ダイオードD、、D
2を入力端子V、と電源端子VDD、V、、間に接続し
ている。GRはP−型ウェル2の周縁に形成されたP1
塁領域で、ガードリンクの機能を持つ。 保護ダイオー
ドD、、D。
なる集積回路)、特に第1図に示す如きCMISインバ
ータは論理回路等に広く使用されつつある。第2図はこ
のCMISインバータの等価回路を示し、これらの図に
示すようにこのインバータはN−型半導体基板1に形成
されたPチャンネル型 の電界効果トランジスタ(FE
T)Q、と、基板1に作つたP−型ウェル2に形成した
NチャンネルFETQ。とを直列に接続し(P、N伝導
型は勿論この逆でもよい)、ゲート電極G、、G。は共
通に入力端子V、に接続し、互に接続したドレイン電極
Dp、DNは出力端子V。へ接続し、FETQ、、Q。
のソース電極5、、SNは電源端子VDD、V、、へそ
れぞれ接続してなる。またこのCMISインバータでは
ゲート電極に正または負の過大な電圧が印加したときそ
の電極と基板との間の絶縁膜、通常は酸化膜、が絶縁破
壊を生じることがないように、保護ダイオードD、、D
2を入力端子V、と電源端子VDD、V、、間に接続し
ている。GRはP−型ウェル2の周縁に形成されたP1
塁領域で、ガードリンクの機能を持つ。 保護ダイオー
ドD、、D。
の作用は、次の如くである。今人力端子に加わる入力電
圧V1(簡単化のため、端子その電圧には同じ符号を用
いる)が過大になつて、電源端子VDDよりダイオード
順方・向電圧(約O、7V)以上大になるとダイオード
D、は導通し、入力端子Viを電源端子VDDへクラン
プする。この結果入力端子の電位は制限されて過大にな
ることはなく、PチャンネルFETQ1のゲート電極と
半導体基板との間の酸化膜が絶縁破壊するのは回避でき
る。逆に入力端子Viの電圧が電源Vssよりダイオー
ド順方向電圧以上下降するとダイオードD2が導通し、
入力端子Viを電源端子■Ssへクランプする。この結
果入力端子が負に大きく振れた場合もNチャンネルFE
TQ2のゲート酸化は保護される。これらの保護ダイオ
ードは、入力端子■iが信号電圧により正、負に大きく
振れた場合だけでなく、各端子に電圧が印加されないア
イドリング状態のとき静電的に正、負の過大な電圧が入
力端子■i等に印加された場合も、同様に導通してゲー
ト酸化膜の保護を行なう。
圧V1(簡単化のため、端子その電圧には同じ符号を用
いる)が過大になつて、電源端子VDDよりダイオード
順方・向電圧(約O、7V)以上大になるとダイオード
D、は導通し、入力端子Viを電源端子VDDへクラン
プする。この結果入力端子の電位は制限されて過大にな
ることはなく、PチャンネルFETQ1のゲート電極と
半導体基板との間の酸化膜が絶縁破壊するのは回避でき
る。逆に入力端子Viの電圧が電源Vssよりダイオー
ド順方向電圧以上下降するとダイオードD2が導通し、
入力端子Viを電源端子■Ssへクランプする。この結
果入力端子が負に大きく振れた場合もNチャンネルFE
TQ2のゲート酸化は保護される。これらの保護ダイオ
ードは、入力端子■iが信号電圧により正、負に大きく
振れた場合だけでなく、各端子に電圧が印加されないア
イドリング状態のとき静電的に正、負の過大な電圧が入
力端子■i等に印加された場合も、同様に導通してゲー
ト酸化膜の保護を行なう。
ダイオードDl,D2は第1図に示すようにN一型基板
1、P−ウェル2にP+,N+型領域6,4を作り、こ
れら入力端子■lへ接続するとにより構成されるが、こ
のダイオードD2がP一型ウェル2に形成されていると
次のような問題が生じる。
1、P−ウェル2にP+,N+型領域6,4を作り、こ
れら入力端子■lへ接続するとにより構成されるが、こ
のダイオードD2がP一型ウェル2に形成されていると
次のような問題が生じる。
即ち、入力電圧Vlが■5−0.7V以下に下るとダイ
オードD2オンになり、電源端子Vssが接続されたP
+型領域3からダイオードD2を構成するN+型領域4
へP一型ウェル2を通つて流1B1が流れる。この電流
1B1はダイオードD2のN+型領域4とP一型ウェル
2と、N一型基板1とが構成するNPNトランジスタの
ベース電流となり、この結果基板コンタクト用のN+型
領域5からコレクタ電流1C1が流れ出す。この電流1
C1は不純物濃度が低くて比較的抵抗が高い基板1中を
流れるから該基板中に電位差を生じ、FETQlのP+
型ソース領域Spはその周囲の基板電位より正になり、
これがダイオード順方向電以上になるこの領域S2基板
1で構成するダイオードはオンになつて該領域Spから
電流1B2が流れ出す。これはP+型ソース領域Sp,
.N一型基板1、P一型ウェル2が構成するラテフルN
PNトランジスタのベース流となり、P+ソース領域S
pからこのラデラPNPトランジスタのコレクタ電流1
C2も流れ出し、結局電源端子VDDから基板1、P一
型ウェル2を通つて電源端子vぉへ大きな短絡電流し,
が流れることになる。第4図は以上の動作を説明する回
路図で、T1は上記のNPNトランジスタ、T2は上記
のラテラルPNPトランジスタ、rは基板1の抵抗であ
。
オードD2オンになり、電源端子Vssが接続されたP
+型領域3からダイオードD2を構成するN+型領域4
へP一型ウェル2を通つて流1B1が流れる。この電流
1B1はダイオードD2のN+型領域4とP一型ウェル
2と、N一型基板1とが構成するNPNトランジスタの
ベース電流となり、この結果基板コンタクト用のN+型
領域5からコレクタ電流1C1が流れ出す。この電流1
C1は不純物濃度が低くて比較的抵抗が高い基板1中を
流れるから該基板中に電位差を生じ、FETQlのP+
型ソース領域Spはその周囲の基板電位より正になり、
これがダイオード順方向電以上になるこの領域S2基板
1で構成するダイオードはオンになつて該領域Spから
電流1B2が流れ出す。これはP+型ソース領域Sp,
.N一型基板1、P一型ウェル2が構成するラテフルN
PNトランジスタのベース流となり、P+ソース領域S
pからこのラデラPNPトランジスタのコレクタ電流1
C2も流れ出し、結局電源端子VDDから基板1、P一
型ウェル2を通つて電源端子vぉへ大きな短絡電流し,
が流れることになる。第4図は以上の動作を説明する回
路図で、T1は上記のNPNトランジスタ、T2は上記
のラテラルPNPトランジスタ、rは基板1の抵抗であ
。
この回路はサイリスタ(SCR)の等価回路に外ならず
、従つて第1図のような構造のCMISインバータでは
入力電圧Viが■Ss−0.7V以下に下るときSCR
効果が生じて破壊される恐れがあることが判る。本発明
はか)る点を改善しようとするものであつて、の特徴と
する所は一伝導型の半導体基板に反対伝導型に反対伝導
型のウェルを作り、これらの基板およびウェルにPチャ
ンネルおよびNチャンネル各電界効果トランジスタをそ
れぞれ形成”し、これらのトランジスタを直列に接続し
て、両トランジスタのソース領域とゲート電極間にそれ
ぞれ保護ダイオード挿入してなるCMIS型の半導体装
置において、該基板に対するコンタクト領域を該ウェル
に近接Vて設けて電源線に直接接続し、該基板に形成さ
れる前記トランジスタと該ウェルとの間に該コンタクト
領域が位置するようにして、寄生トランジスタ作用によ
る該ウェル内への電流を該コンタクト領域から供給する
ようにした点にある。
、従つて第1図のような構造のCMISインバータでは
入力電圧Viが■Ss−0.7V以下に下るときSCR
効果が生じて破壊される恐れがあることが判る。本発明
はか)る点を改善しようとするものであつて、の特徴と
する所は一伝導型の半導体基板に反対伝導型に反対伝導
型のウェルを作り、これらの基板およびウェルにPチャ
ンネルおよびNチャンネル各電界効果トランジスタをそ
れぞれ形成”し、これらのトランジスタを直列に接続し
て、両トランジスタのソース領域とゲート電極間にそれ
ぞれ保護ダイオード挿入してなるCMIS型の半導体装
置において、該基板に対するコンタクト領域を該ウェル
に近接Vて設けて電源線に直接接続し、該基板に形成さ
れる前記トランジスタと該ウェルとの間に該コンタクト
領域が位置するようにして、寄生トランジスタ作用によ
る該ウェル内への電流を該コンタクト領域から供給する
ようにした点にある。
次に図面を参照しながらこれを詳細”に説明する。再び
第1図を参照するに、SCR効果が生じるのは第1には
ベース電流1B1が流れることに起因し、また第2には
ベース電流182が流れることによる。
第1図を参照するに、SCR効果が生じるのは第1には
ベース電流1B1が流れることに起因し、また第2には
ベース電流182が流れることによる。
従つてこれらのベース電流が流れるのを阻止する手段を
とればSCR効果の発生を防止するとができる。前者に
ついては本発明者が別途提案し、従つて本発明は後者を
提案するものである。トランジスタQ1のソース領域S
pから基板1へベース電流■B2が流出するのは、前述
のように該領域S,から見てウェル2とは逆の側にある
N+型コンタクト領域5よりウェル2に向かつてコレク
タ電流101が流れ、この電流し,によりN一型基板1
に電圧降下が生じ、電源電圧VDDが印加されるソース
領域Spが基板1より正電位になり、ソース領域Spと
基板1とが構成するダイオードが順にバイアスgれるこ
とに起因する。こで第1図に点線5″で示すように基板
1のコンタクト領域5をウェル2に近接して設け、基板
1に形成れるトランジスタQ1ウェル2との間にコンタ
クト領域5゛があるようにすると、たとえ前述の理由で
コンタククト領域5″からコレクタ電流101が流れて
もその電流はトランジスタQ1形成部分の基板1を通る
ことはないから、該基板部分に電圧降下を生じることは
なく、従つてトランジスタQ1のソース領域Spからベ
ース電流1B2が流出することはない。ウェル2におけ
る、保護ダイオードD2の一方を構成する領域4、ウェ
ル2、基板1からなるトランジスタT1ではベース電流
1B1およびコレクタ電流101が流れることになるが
、これらの電流はサイリスタ効果により電流■DO,■
,sを短絡する状態にする電流102に比べれば非常に
弱く、CMISインバータを破壊するようなことはない
。第3図は応用例を示し、CMISインバータのゲート
電極電源端子■,,との間の保護ダイオードD2と並列
にこのダイオードD2より順方向電圧降下の小さなショ
ットキバリヤダイオード又はゲルマニウムダイオードD
3を接続し、電源端子■,,出力端子VOとの間にもシ
ョットキバリヤダイオード又はゲルマニウムダイオード
D4を接続し、更にゲート電極と入力端子Viとの間に
負帰還用の抵抗(1KΩ程度)Rを挿入している。
とればSCR効果の発生を防止するとができる。前者に
ついては本発明者が別途提案し、従つて本発明は後者を
提案するものである。トランジスタQ1のソース領域S
pから基板1へベース電流■B2が流出するのは、前述
のように該領域S,から見てウェル2とは逆の側にある
N+型コンタクト領域5よりウェル2に向かつてコレク
タ電流101が流れ、この電流し,によりN一型基板1
に電圧降下が生じ、電源電圧VDDが印加されるソース
領域Spが基板1より正電位になり、ソース領域Spと
基板1とが構成するダイオードが順にバイアスgれるこ
とに起因する。こで第1図に点線5″で示すように基板
1のコンタクト領域5をウェル2に近接して設け、基板
1に形成れるトランジスタQ1ウェル2との間にコンタ
クト領域5゛があるようにすると、たとえ前述の理由で
コンタククト領域5″からコレクタ電流101が流れて
もその電流はトランジスタQ1形成部分の基板1を通る
ことはないから、該基板部分に電圧降下を生じることは
なく、従つてトランジスタQ1のソース領域Spからベ
ース電流1B2が流出することはない。ウェル2におけ
る、保護ダイオードD2の一方を構成する領域4、ウェ
ル2、基板1からなるトランジスタT1ではベース電流
1B1およびコレクタ電流101が流れることになるが
、これらの電流はサイリスタ効果により電流■DO,■
,sを短絡する状態にする電流102に比べれば非常に
弱く、CMISインバータを破壊するようなことはない
。第3図は応用例を示し、CMISインバータのゲート
電極電源端子■,,との間の保護ダイオードD2と並列
にこのダイオードD2より順方向電圧降下の小さなショ
ットキバリヤダイオード又はゲルマニウムダイオードD
3を接続し、電源端子■,,出力端子VOとの間にもシ
ョットキバリヤダイオード又はゲルマニウムダイオード
D4を接続し、更にゲート電極と入力端子Viとの間に
負帰還用の抵抗(1KΩ程度)Rを挿入している。
これらのダイオードD3,D4はアルミニウムを蒸着し
て電極配線を行なうとき比較的低下不純物濃度の領域に
接触させることにより、簡単に同時に形成することがて
き、抵抗Rも周知のように基板1の適所への不純物拡散
などにより簡単に構成できる。このようにすると次の如
き理由でSCR効果の発生を更に確実に阻止することが
できる。即ちダイオードD3があると、通常のPN接合
ダイオードD2の順方向電圧降下は約0.7Vであり、
ショットキバリヤダイオードD3の順方向電圧降下は0
.4V程度であるから、入力電圧が電源電圧■Ssより
負になつたき、■s−D3−R−Vjの経路で電流が.
流れ、ダイオードD2は通らない。これは第1図.で言
えばベース電流1B1が流れないということであり、第
4図の等価回路で言えばトランジスタT1が形成されな
いということである。従つてサイリスタ効果の発生が阻
止される。ベース電流1B1は第1図の回路から明らか
なように出力電圧VOが異常に低下して電源電圧V!,
S以下になつたときも3−2−DNの経路で流れる可能
性がある。
て電極配線を行なうとき比較的低下不純物濃度の領域に
接触させることにより、簡単に同時に形成することがて
き、抵抗Rも周知のように基板1の適所への不純物拡散
などにより簡単に構成できる。このようにすると次の如
き理由でSCR効果の発生を更に確実に阻止することが
できる。即ちダイオードD3があると、通常のPN接合
ダイオードD2の順方向電圧降下は約0.7Vであり、
ショットキバリヤダイオードD3の順方向電圧降下は0
.4V程度であるから、入力電圧が電源電圧■Ssより
負になつたき、■s−D3−R−Vjの経路で電流が.
流れ、ダイオードD2は通らない。これは第1図.で言
えばベース電流1B1が流れないということであり、第
4図の等価回路で言えばトランジスタT1が形成されな
いということである。従つてサイリスタ効果の発生が阻
止される。ベース電流1B1は第1図の回路から明らか
なように出力電圧VOが異常に低下して電源電圧V!,
S以下になつたときも3−2−DNの経路で流れる可能
性がある。
このような事は通常は生じないが、寄生容量などにより
入力電圧Vi側へ大きく引きずられた場合などに発生す
る。このような場』合でもショットキバリヤダイオード
D4があると出力端子VOは電源端子V9へ0.4Vの
差でクランプされるので3−2−DNの経路を通つてベ
ース電流1B1が流れるようなことはなく、SCR効果
の発生を阻止できる。更に入力側に負帰還抵抗Rを挿入
すると、これは第4図の等価回路から明らかなようにベ
ース電流1B1制限する効果を持ち、トランジスタT1
の生成を阻止する。
入力電圧Vi側へ大きく引きずられた場合などに発生す
る。このような場』合でもショットキバリヤダイオード
D4があると出力端子VOは電源端子V9へ0.4Vの
差でクランプされるので3−2−DNの経路を通つてベ
ース電流1B1が流れるようなことはなく、SCR効果
の発生を阻止できる。更に入力側に負帰還抵抗Rを挿入
すると、これは第4図の等価回路から明らかなようにベ
ース電流1B1制限する効果を持ち、トランジスタT1
の生成を阻止する。
これらの手段、即ちコンタクト領域5の位置変更、ダイ
オードD3,D4の接続、抵抗Rの挿入は併用すると、
効果が一層著しくなる。以上詳細に説明したように本発
明によれば比較的簡単な手段でCMIS−1Cのサイリ
スタ効果発生阻止でき実施面での効果が大きい。
オードD3,D4の接続、抵抗Rの挿入は併用すると、
効果が一層著しくなる。以上詳細に説明したように本発
明によれば比較的簡単な手段でCMIS−1Cのサイリ
スタ効果発生阻止でき実施面での効果が大きい。
第1図は本発明の実施例を示す断面図、第2図は従来の
CMISインバータの回路図、第3図は本発明の応用例
を説明する回路図、第4図SCR効果を説明する回路図
である。 図面で1は半導体基板、2はウェル、Ql,Q2はPチ
ャンネル、Nチャンネル各FETl5,5″は基板に対
するコンタクト領域である。
CMISインバータの回路図、第3図は本発明の応用例
を説明する回路図、第4図SCR効果を説明する回路図
である。 図面で1は半導体基板、2はウェル、Ql,Q2はPチ
ャンネル、Nチャンネル各FETl5,5″は基板に対
するコンタクト領域である。
Claims (1)
- 1 一伝導型の半導体基板に反対伝導型のウェルを作り
、これらの基板およびウェルにPチャンネルおよびNチ
ャンネル各電界効果トランジスタとそれぞれ形成し、こ
れらのトランジスタを直列に接続して、両トランジスタ
のソース領域とゲート電極間にそれぞれ保護ダイオード
を挿入してなるCMIS型の半導体装置において、該基
板に対するコンタクト領域を該ウェルに近接して設けて
電源線に直接接続し、該基板に形成される前記トランジ
スタ該ウェルとの間に該コンタクト領域が位置するよう
にして、寄生トランジスタ作用による該ウェル内への電
流を該コンタクト領域から供給するようにしたことを特
徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50071242A JPS6056310B2 (ja) | 1975-06-12 | 1975-06-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50071242A JPS6056310B2 (ja) | 1975-06-12 | 1975-06-12 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS51147187A JPS51147187A (en) | 1976-12-17 |
JPS6056310B2 true JPS6056310B2 (ja) | 1985-12-09 |
Family
ID=13455023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50071242A Expired JPS6056310B2 (ja) | 1975-06-12 | 1975-06-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6056310B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59191371A (ja) * | 1983-04-14 | 1984-10-30 | Nec Corp | 相補型mos電界効果装置 |
-
1975
- 1975-06-12 JP JP50071242A patent/JPS6056310B2/ja not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RCA ELECTRONIC COMPONENTS DIGITAL INTEGRATED CIRCUITS APPLICATION NOTE=1970 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS51147187A (en) | 1976-12-17 |
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