JP3128086B2 - ゲートアレイの基本セル - Google Patents
ゲートアレイの基本セルInfo
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- H01L27/10—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 the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
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Description
製造プロセスにおいて、トランジスタを形成するための
下層のマスクパタンを規則的なアレイ構造に標準化し、
上層の配線のマスクだけを品種に応じて変更することに
より短納期でカスタムLSIを製造する手段である。ト
ランジスタは、NAND、NOR等の論理ゲートを容易
に構成できるように配置されており、その最小の繰り返
し単位を基本セルと呼ぶ。本発明は、基本セルの構成法
に関するものである。
現手段として用いられる。従来のゲートアレイの基本セ
ルの構成例を図8に、等価回路を図9に示す。図8にお
いて、Q1、Q2はPMOSトランジスタ、Q3、Q4
はNMOSトランジスタである。図10にこの基本セル
を用いて2入力NANDを構成した例を示す。このよう
な従来の基本セルでは、2入力NAND等の論理ゲート
を効率良く構成できるように、PMOS、NMOS各々
1種類のゲート幅のトランジスタのみにより構成されて
いた。しかし、プロセスの微細化により搭載可能な論理
規模が大きくなると、ゲートアレイに高性能なメモリを
混載したいというユーザの要求が高まってきた。このよ
うなメモリを構成するためには、メモリセルを構成する
インバータと、その出力をビット線に接続するセル選択
トランジスタでは異なったゲート幅のトランジスタを用
いないと、メモリセルとして動作しないことが知られて
いる。従って、図8の従来の基本セルを用いてメモリを
構成する場合には、インバータを構成するトランジスタ
は、2つのトランジスタを並列に接続し、等価的に2倍
のゲート幅のトランジスタとしてインバータを構成し、
一方、セル選択トランジスタは1つのトランジスタを用
いることにより、インバータとセル選択トランジスタで
異なったゲート幅とすることによりメモリを実現してき
た。しかしこの場合、図8の基本セルを用いると、1ビ
ットのメモリセルを実現するために、4個の基本セルが
必要であるため、集積度が大幅に低下し、高密度なメモ
リが実現できない。
ンジスタを配置し、1つの基本セルで1ビットのメモリ
セルを実現できるような基本セル構成も用いられるよう
になった。このような従来の基本セルの構成例を図11
に、等価回路を図12に示す。図11において、Q1と
Q2はPMOS、Q3〜Q8はNMOSトランジスタで
ある。Q1〜Q4は論理ゲートを構成するために用いら
れ、Q5〜Q8はメモリを構成する場合のみ用いられ
る。この基本セルを用いた2入力NANDの結線例を図
13、その等価回路を図14に示す。図13において、
黒丸印はMOSトランジスタのソースまたはドレインま
たはゲート電極へのコンタクト、実線は1層配線、VD
Dはハイレベル電源、GNDはロウレベル電源、A1,
A2はNANDゲートへの入力、YはNANDゲートの
出力を示す。図11に示した従来例において、1ビット
の2ポートメモリセルを実現する場合の結線関係を図1
5に、その等価回路を図16に示す。Q1〜Q4は情報
を記憶するフリップフロップ、Q5〜Q8は各ポートに
対応付けられた2対のセル選択スイッチを構成してい
る。WL1、WL2はワード線、
の回路定数は論理ゲートを構成した場合に十分な速度性
能を実現できるように選択される。CMOS回路では、
論理ゲートの出力の立ち上がり遅延と立ち下がり遅延が
同等であるのが望ましいとされている。そのため、PM
OSトランジスタQ1およびQ2のゲート幅は、NMO
SトランジスタQ3およびQ4のゲート幅と同等が若干
大きめに設定される。
ジスタを用いたメモリセルの場合、メモリ動作の主役を
担うのはNMOSトランジスタであり、PMOSトラン
ジスタQ1およびQ2は情報の保持特性を改善するため
に用いられる。PMOSトランジスタQ1およびQ2の
ゲート幅すなわち利得は、メモリセルの書き込み特性に
影響を与え、チャネル幅が大き過ぎると書き込みが難し
くなる。従来はセル選択スイッチに用いるMOSトラン
ジスタQ5からQ8のチャネル幅を大きく設定すること
により上記の問題に対処してきた。しかし、(1)基本
セルのサイズが大きくなる、(2)メモリを構成した場
合に微少信号動作をするビット線の寄生容量が大きくな
り、十分な速度特性を得られない等の問題があった。
点を解決するため提案されたもので、その目的は、メモ
リセルを実現した場合に高速動作が可能な基本セルを少
ない面積で実現することにある。
め、本発明は、ゲートアレイ用基本セルにおいて、論理
ゲートを構成する場合とメモリセルを構成する場合で、
PMOSトランジスタの利得を選択できるように、1個
のソースまたはドレイン電極を形成するP型拡散領域を
共有する2個のPMOSトランジスタ、前記PMOSト
ランジスタと異なるゲート幅で、各々1個のソースまた
はドレイン電極を形成するP型拡散領域を共有する2個
のPMOSトランジスタ、各々1個のソースまたはドレ
イン電極を形成するN型拡散領域を共有する2個のNM
OSトランジスタ、前記NMOSトランジスタと異なる
ゲート幅で、各々1個のソースまたはドレイン電極を形
成するN型拡散領域を共有する2個のNMOSトランジ
スタ、前記NMOSトランジスタと異なるゲート幅で、
各々1個のソースまたはドレイン電極を形成するN型拡
散領域を共有する2個のNMOSトランジスタ2組、の
4個のPMOSトランジスタおよび6個のNMOSトラ
ンジスタで構成されることを特徴とする、ゲートアレイ
の基本セル。
論理ゲートを構成する場合とメモリセルを構成する場合
で、PMOSトランジスタの利得を可変にできるよう
に、2組以上のMOSトランジスタで構成する。このこ
とによって、メモリセルを構成する場合、メモリ以外の
部分でのPMOSトランジスタとNMOSトランジスタ
の利得の比率とは独立に、最適なPMOSトランジスタ
とNMOSトランジスタの利得の比率を得ることができ
る。
お、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で種々の変更、あるいは改良を行い得ること
は言うまでもない。図1は、本発明のゲートアレイの基
本セルの一実施例を示し、図2はその等価回路を示す。
図1において1はNウェル、2はP型拡散領域、3はN
型拡散領域、4はポリシリコン、Q1,Q2,Q9,Q
10はPMOSトランジスタ、Q3〜Q8はNMOSト
ランジスタである。論理ゲートは、Q1〜Q4を用いて
構成される。PMOSトランジスタQ1,Q2、NMO
SトランジスタQ3,Q4は、いずれも論理ゲートを構
成する場合に、十分な速度性能を達成できるようなゲー
ト幅が選択されている。図1に示した基本セルを用いて
2入力NANDゲートを構成した例について、結線関係
と等価回路をそれぞれ図3、図4に示す。なお、図4の
等価回路においては、実際に使用しているトランジスタ
のみを示している。
域またはポリシリコンとのコンタクトホール、6は1層
金属配線、Q1〜Q10はトランジスタ、A1,A2は
入力端子、Yは出力端子を示す。VDDはハイレベル電
源、GNDはローレベル電源を示す。一方、メモリセル
は、Q3〜Q10によって構成され、PMOSトランジ
スタQ9,Q10、NMOSトランジスタQ3,Q4と
対でフリップフロップを構成することを前提に利得を選
択してある。
モリセルを構成した例を示す。図において、Q1〜Q1
0はトランジスタ、5はコンタクトホール、6は1層金
属配線、7はスルホール、VDDはハイレベル電源、G
NDはロウレベル電源、WL1,WL2はワード線、
9,Q10で構成し、セル選択トランジスタをQ5〜Q
8で構成し、Q1,Q2は使用しない。PMOSトラン
ジスタQ9,Q10のゲート幅はメモリセルの動作に最
適であるように、Q1,Q2よりも小さなゲート幅が選
択されているので、従来の基本セルを用いた場合と異な
り、十分な動作マージンが確保できる。また、PMOS
トランジスタQ9,Q10のゲート幅を小さくしたこと
により、メモリセル選択スイッチ用トランジスタQ5〜
Q8のゲート幅を小さくできる。これにより、ビット線
に接続するメモリセル選択スイッチ用トランジスタQ5
〜Q8のソース、ドレインの接合容量を削減でき、高速
動作が期待できるとともに、セル選択トランジスタQ5
〜Q8の貫通電流を減らすことができるので、低消費電
力化が可能である。図6は図5の等価回路を示すもの
で、図においても、基本セルに含まれるトランジスタ
で、メモリセルを構成する際に不要なトランジスタは除
いてある。
施例は、第1の実施例において、PMOSトランジスタ
Q1,Q2を構成するためのP型拡散領域と、PMOS
トランジスタQ9,Q10を構成するためのP型拡散領
域の間に、ゲート電極と接続を行うコンタクトをとるた
めのポリシリコンを配置したものである。
レイは、基本セルないにメモリセル用の小型のMOSト
ランジスタを設けている。これにより、論理ゲートを構
成する場合と、メモリセルを構成する場合で異なったゲ
ート幅のトランジスタを利用でき、論理ゲートの十分な
速度性能と、メモリの安定した動作、速度性能、低消費
電力化を、わずかの面積増加で達成できる効果を有す
る。
す。
構成した場合の結線関係を示す。
成した場合の結線関係を示す。
成した例を示す。
例を示す。
メモリの結線関係を示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 ゲートアレイの基本セルにおいて、 各々1個の、ソースまたはドレイン電極を形成するP型
拡散領域を共有する、第1、第2のPMOSトランジス
タを具備し、 前記第1、第2のPMOSトランジスタのゲート幅とは
異なるゲート幅で、各々1個の、ソースまたはドレイン
電極を形成するP型拡散領域を共有する、第3、第4の
PMOSトランジスタを具備し、 かつ前記第1のPMOSトランジスタのゲート電極と第
3のPMOSトランジスタのゲート電極、第2のPMO
Sトランジスタのゲート電極と第4のPMOSトランジ
スタのゲート電極が接続され、 さらに、各々1個の、ソースまたはドレイン電極を形成
するN型拡散領域を共有する第1、第2のNMOSトラ
ンジスタを具備し、 前記第1、第2のNMOSトランジスタのゲート幅とは
異なるゲート幅で、各1個の、ソースまたはドレイン電
極を形成するN型拡散領域を共有する、第3、第4のN
MOSトランジスタを具備し、 前記第3、第4のNMOSトランジスタのゲート幅と同
じゲート幅で、各1個の、ソースまたはドレイン電極を
形成するN型拡散領域を共有する、第5、第6のNMO
Sトランジスタを具備し、 かつ前記第3のNMOSトランジスタのゲート電極と第
5のNMOSトランジスタのゲート電極、第4のNMO
Sトランジスタのゲート電極と第6のNMOSトランジ
スタのゲート電極が接続されたことを特徴とするゲート
アレイの基本セル。 - 【請求項2】 請求項1記載のゲートアレイの基本セル
において、 縦方向をトランジスタのゲート幅方向、横方向をゲート
長方向とし、基本セルの内にNウェルを形成し、 前記Nウェル中に、 第1、第2のPMOSトランジスタ
のソース、ドレイン領域を形成するための第1のP型拡
散領域を配置し、前記Nウェル中で、かつ 前記第1のP型拡散領域の下
に、第3、第4のPMOSトランジスタのソースドレイ
ン領域を形成するための第2のP型拡散領域を配置し、 前記第1のP型拡散領域の上部から、前記第2のP型拡
散領域の下部に達する第1のポリシリコンを縦方向に配
置することにより第1、第3のPMOSトランジスタの
ゲート電極を形成すると同時に前記第1、第3のPMO
Sトランジスタのゲート電極を接続し、 前記第1のポリシリコンと並行に、前記第1のP型拡散
領域の上部から、前記第2のP型拡散領域の下部に達す
る第2のポリシリコンを配置することにより第2、第4
のPMOSトランジスタのゲート電極を形成すると同時
に第2、第4のPMOSトランジスタのゲート電極を接
続し、 前記第1、第2のP型拡散領域の右側の前記Nウェル中
に、前記Nウェルを電位固定するための第1のN型拡散
領域を配置し、前記 第2のP型拡散領域の下で、かつ前記Nウェルの外
に第1、第2のNMOSトランジスタのソース、ドレイ
ン領域を形成するための第2のN型拡散領域を配置し、 前記第2のN型拡散領域の上部から下部に達する第3の
ポリシリコンを縦方向に配置することにより第1のNM
OSトランジスタのゲート電極を形成し、 前記第3のポリシリコンと並行に、前記第2のN型拡散
領域の上部から下部に達する第4のポリシリコンを縦方
向に配置することにより第2のNMOSトランジスタの
ゲート電極を形成し、 前記第2のN型拡散領域の下に、第3、第4のNMOS
トランジスタのソースドレイン領域を形成するための第
3のN型拡散領域を配置し、 前記第3のN型拡散領域の下に、第5、第6のNMOS
トランジスタのソースドレイン領域を形成するための第
4のN型拡散領域を配置し、 前記第3のN型拡散領域の上部から、前記第4のN型拡
散領域の下部に達する第5のポリシリコンを縦方向に配
置することにより、第3、第5のNMOSトランジスタ
のゲート電極を形成すると同時に、第3、第5のNMO
Sトランジスタのゲート電極を接続し、 前記第5のポリシリコンと並行に、前記第3のN型拡散
領域の上部から、前記第4のN型拡散領域の下部に達す
る第6のポリシリコンを縦方向に配置することにより、
第4、第6のNMOSトランジスタのゲート電極を形成
すると同時に、第4、第6のNMOSトランジスタのゲ
ート電極を接続し、 前記第2、第3、第4のN型拡散領域の右側に基板を電
位固定するための第3のP型拡散領域を配置したことを
特徴とするゲートアレイの基本セル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04072854A JP3128086B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | ゲートアレイの基本セル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04072854A JP3128086B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | ゲートアレイの基本セル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH05235310A JPH05235310A (ja) | 1993-09-10 |
JP3128086B2 true JP3128086B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=13501372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04072854A Expired - Lifetime JP3128086B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | ゲートアレイの基本セル |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3128086B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101850108B1 (ko) * | 2016-12-14 | 2018-04-25 | 황준식 | 안전 유모차 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6031982A (en) * | 1996-11-15 | 2000-02-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Layout design of integrated circuit, especially datapath circuitry, using function cells formed with fixed basic cell and configurable interconnect networks |
JP2006303099A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Ricoh Co Ltd | スタンダードセル構造 |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP04072854A patent/JP3128086B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101850108B1 (ko) * | 2016-12-14 | 2018-04-25 | 황준식 | 안전 유모차 |
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JPH05235310A (ja) | 1993-09-10 |
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