JPH0123943B2 - - Google Patents

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JPH0123943B2
JPH0123943B2 JP56142940A JP14294081A JPH0123943B2 JP H0123943 B2 JPH0123943 B2 JP H0123943B2 JP 56142940 A JP56142940 A JP 56142940A JP 14294081 A JP14294081 A JP 14294081A JP H0123943 B2 JPH0123943 B2 JP H0123943B2
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JP
Japan
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cell
internal
cells
wiring
buffer
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JP56142940A
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JPS5844741A (ja
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Satoru Tanizawa
Hitoshi Oomichi
Katsuharu Mitono
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components

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  • Power Engineering (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、使用者の目的に応じてあらかじめ準
備された回路素子を半導体製造工程中にたとえば
金属スパツタ等によつて結線するセミカスタム半
導体集積回路(IC)に関する。
たとえば、マスタースライスゲートアレイLSI
は、基本セルを多数アレイ状に並べたバルクを有
し、これらの基本セル内及び基本セル間を結線す
る配線層の設計をコンピユータ等を使用して自動
的に行なつて多品種の製品を1種類のバルクで構
成することが可能なICである。
第1図Aは、ゲートアレイLSIを1チツプ上に
構成したもので、第1図Bはそのコーナ部を拡大
したものである。かかるゲートアレイLSIは内部
セル1のアレイ1−1と内部セル1間を相互に自
動配線するためのセル間自動配線領域(チヤネル
領域)2−1とより構成され論理回路を構成する
内部セル領域2と、内部セル領域2の外側に設け
られ内部セル1とICチツプ外部との電気的イン
ターフエイスを目的とするI/O(入出力)バツフ
ア用I/Oセル3よりなるI/Oセル領域4と、I/Oセ
ル領域4の上面に平面状に形成されたチツプ周辺
部のVcc電源、およびグランドライン6−1と内
部セル領域2に対して図において縦方向に渡設さ
れた線状のグランドライン(一種の電源)6−2
と横方向に渡設された線状のVcc電源ライン6−
3とよりなる電源配線6および電源パツド6−4
と、I/Oセル3に接続される信号線パツド5とよ
りなる。なお、第1図Aでは、電源配線6の周辺
部6−1、グランドライン6−2、Vcc電源ライ
ン6−3は図面の明瞭化のために図示を省略し
た。
一般にゲートアレイは、主にX方向の配線を形
成する第1の配線層と、主にY方向の配線を形成
する第2の配線層と、それらを導通するビアホー
ル等より内部セルやI/Oセルの回路素子間を接続
している。そして内部セル領域はチツプの中央部
に設けられ、内部セル領域2とパツド5との間に
外部セル領域4が設けられている。また電源用配
線6−1は外部セル領域4上の第2の配線層によ
り設けられそこから内部セル領域への細い電源用
配線6−2,6−3がそれぞれ第2、第1の配線
層にて形成される。従つてI/Oセル領域4は主に
周囲の電源用配線6−1の形状に制限される。
内部セル、I/Oセルはトランジスタ、ダイオー
ド、抵抗、キヤパシタ等の回路素子の集合体で、
セル内でそれらの回路素子を接続することにより
基本的な論理回路を構成することができるもので
ある。
これらのセルは基本セルと称される。
これらのセル内及びセル間は第1、第2の配線
層により接続される。内部セル間は第1、第2の
配線層を利用して接続されるため、その配線の自
由度は大である。一方、I/Oセル領域4上の第2
の配線層はすでに電源配線6の周辺部6−1とし
て使用されているので、I/Oセルの素子は主に第
1の配線層で接続される。すなわち配線の自由度
は内部セルに比してきわめて小で従来はほとんど
固定的であつた。
また、内部セル1は高速、高集積度を満すため
極力小形に形成される。これに対して、I/Oセル
3は高い負荷駆動能力を有し比較的大形である。
内部セル1は低消費電力とされる必要からI/Oセ
ル3に比べ電源電圧、しきい値電圧が低い。この
ため、I/Oセル3にはチツプ外部と内部セル1と
のしきい値電圧を合わせるための電圧レベル変換
機能が必要である。このように、I/Oセル3と内
部セル1とは異なる機能とセルサイズを有するの
で、両者を同一のセルとして、相互に自動配線処
理することはなかつた。
一方、ICチツプ周辺は前記セル1,3に電力
を供給する電源配線6の周辺部とI/Oセル領域4
とが多層構造を形成しており、I/Oセル領域4の
面積はほぼ電源ラインによつて決まつていた。す
なわち、I/Oセル3の必要とする面積は電源ライ
ンのそれよりも小であるので、I/Oセル領域4と
第1図A,Bに表示した領域は使用しない空領域
を有していた。この空領域は、ゲートアレイLSI
の高集積化に伴なつてまた電源配線6が太くなる
につれて大となつていた。
また、入力信号に対して、内部セル領域2にお
ける論理回路が正相、逆相の両方を要求した場
合、I/Oセル3の外部信号に対する機能はバツフ
アあるいはインバータ機能のうちいずれか一方し
か有していないので、前記I/Oセル3の内部セル
1に対する出力端に内部セル1を2個接続し、一
方をバツフア機能として他方をインバータ機能と
して使用しなければならなかつた。すなわち、第
2図には、かかる従来例の回路図を示すもので、
信号線パツド5はI/Oセル3のバツフア8の入力
9に接続され、その出力10は内部セル領域2に
設けられたインバータ11、バツフア12のそれ
ぞれの入力13,14に接続される。インバータ
11の出力15はインバータ16,17の入力1
8,19に加えられ、バツフア12の出力20は
インバータ21,22の入力23,24に加えら
れる。インバータ16,17,21,22の出力
25〜28は論理回路群29の入力30と31,
32と33,34と35,36と37に接続され
る。パツド5を介してチツプ内に入力された信号
は、I/Oセル3内のバツフア8に入つて、チツプ
内の内部セル1の信号レベルに変換される。バツ
フア8の出力はバツフア12、インバータ11に
加えられて、その入力信号に対して正相信号と逆
相信号が形成される。これらの信号は、論理回路
群29の入力30〜37にインバータ16,1
7,21,22を介して入力される。前記論理回
路群29は正相信号および逆相信号を必要とする
ため、バツフア12、インバータ11の2個の内
部セル1を論理回路群29の入力部とバツフア8
間に必要としていた。このため、内部セル1の存
在する内部セル領域2の使用効率を低下させる。
また上述したような、バツフア12とインバー
タ11の2個の内部セルを、論理回路群29の入
力部とI/Oセルのバツフア8の間に設ける構成
は、ゲートアレイにおいてしばしば用いられるも
ので、そのような固定的な構造を、配線自由度の
高い内部セル領域で形成することは、内部セルの
使用効率を低下させるものである。
本発明は上記従来の欠点に鑑みてなされたもの
で、その目的はI/Oセル領域および内部セル領域
の使用効率を高めることにある。
本発明の目的は、従来内部セルを利用して構成
されていた固定的な構造の論理機能を、電源配線
が太くなるに伴い専有面積が増えたI/Oセルに持
たせることにある。すなわち配線自由度が低く、
固定的に近いI/Oセルに本来が固定的な構造の論
理機能を持たせ、内部セル領域ではより自由度を
要する論理機能を構成するようにしたものであ
る。
本発明にかかる半導体集積回路装置の特徴とす
るところは、 基板表面の中央部に複数の回路素子を有する内
部セルが複数個アレイ状に配置されて内部セル領
域を構成してなり、該基板表面の周辺部に複数の
回路素子を有するI/Oセルが複数個配置されてI/
Oセル領域を構成してなり、該I/Oセル領域にて
該内部セル領域と装置外部との信号レベルの変換
を行なうようにしてなり、該基板上に前記回路素
子間を接続する配線層が少なくとも第1、第2の
配線層を有し、該I/Oセルは、前記内部セルの論
理回路の一部を有し、且つ、基板外からの単一の
入力信号に対して複数の出力を有することであ
る。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
第3図は、本発明の一実施例を示し、I/Oセル
40内にレベル変換用のバツフア41を配置す
る。入力信号線パツド5はバツフア41の入力4
2に接続され、その出力43は同じI/Oセル40
内に配置されたインバータ44、バツフア45の
それぞれの入力46,47に接続される。前記イ
ンバータ44、バツフア45のそれぞれの出力4
8,49はI/Oセル40より出力される。第4図
には、第3図のI/Oセル40を1つのシンボルで
あらわし、相互出力を有する相反信号出力回路5
0を示す。
第5図は、第2図に示した従来の回路構成を本
発明を用いて実施した構成を示すものである。パ
ツド5は相反出力回路50の入力に接続され、相
反出力回路50のインバート出力52はインバー
タ16,17へ、正相出力53はインバータ2
1,22に接続される。そして、インバータ1
6,17,21,22および論理回路群29がチ
ツプの内部領域に形成される。
第3図乃至第5図に示した本発明の実施例より
明らかな様にI/Oセル40内に相反出力機能を有
することにより、従来、内部セル領域2で行なつ
ていた相反機能すなわち、バツフアとインバータ
用の内部セルが不要となる。第3図に示すように
I/Oセル40内に配設したインバータ44とバツ
フア45は、電源ラインと多層構造とし、電源ラ
インに対応する部分で、I/Oセル領域4の空き領
域を利用できる。このため、本発明が適用される
チツプは従来と同一面積でかつ、内部セル領域2
内を従来より有効利用できる。さらに、内部セル
領域2内における電流分枝も減少できることは明
らかである。
第6図は本発明の第2の実施例を示すもので、
I/Oセル40に加えられる入力信号に対して2個
の逆相信号を出力する例である。すなわち、入力
信号線パツド5はバツフア54の入力55に接続
される。バツフア54の出力56はインバータ5
7,58のそれぞれの入力59,60に加えられ
る。インバータ57,58のそれぞれの出力6
1,62はI/Oセル40より出力される。第7図
は第6図のI/Oセルを示めすシンボルで入力信号
に対して2個の逆相信号を出力する回路63を示
す。第8図は第6図のI/Oセルを同様に示めすシ
ンボルで、入力信号に対して2個の正相信号を出
力する回路64を示す。
上記のように、逆相出力あるいは正相出力を2
つ有することは、従来の1つの出力を有する場合
に比べてたとえば2倍の負荷を駆動することがで
きるわけで、第1の実施例と同様の効果を奏す
る。
第9図は、I/Oセル40内にレベル変換用バツ
フア41とインバータ44並びにバツフア45を
設けた第3図図示の実施例の詳細な回路図を示
す。レベル変換部すなわちバツフア41は抵抗
R1、ダイオードQ2,Q6,Q7、トランジスタQ1
りなる。インバータ44は抵抗R2,R3,R4、ダ
イオードQ5,Q8,Q9、トランジスタQ3,Q4より
なる。バツフア45は抵抗R2′,R3′,R4′、ダイ
オードQ5′,Q8′,Q9′、トランジスタQ11,Q12
りなる。前記レベル変換用のバツフア41の入力
はトランジスタQ1のベースであり、その出力は
ダイオードQ2,Q6が接続されている点70であ
る。インバータ44ならびにバツフア45の入力
は共にトランジスタQ3のベース67であり、そ
れぞれの出力はダイオードQ5とQ8、Q5′とQ8′が
トランジスタQ4,Q12に接続している点68,7
3である。なお、バツフア41の電源Vccライン
71にはグランドライン73に対してたとえば
5Vが印加され、インバータ44,45の電源
Vccライン72にはたとえば2.3Vが印加されてい
るので、バツフア41は異なる動作電圧のレベル
変換を行なう。
上述したように、本発明によれば電源配線6下
のI/Oセル領域4の空領域に、セル間自動配線は
行なえないからセル内の配線を用いて、1セル内
のトランジスタ、抵抗等を接続して論理機能を行
なわせたことを特徴とするものである。従来は内
部セルを用いて、たとえば、相反2出力信号を得
ていたが、本発明によれば内部セルを用いずにI/
Oセル内にたとえばバツフアやインバータを構成
しているので、内部セルの利用効率が向上し、内
部セルにおいて一層複雑な論理構成を可能とす
る。
【図面の簡単な説明】
第1図Aは半導体チツプの構成図、同図Bはそ
の一部拡大図、第2図は従来の半導体集積回路の
回路構成図、第3図は本発明の第1の実施例を示
す回路構成図、第4図は第3図の回路を1つのシ
ンボルで示した図、第5図は本発明を実施した回
路構成図、第6図は本発明の第2の実施例を示す
回路構成図、第7図は第6図の回路を1つのシン
ボルで示めした図、第8図は第6図の回路の変形
例を1つのシンボルで示めした図、第9図は第3
図に示した実施例の回路図である。 1……内部セル、2……内部セル領域、3,4
0……I/Oセル、4……I/Oセル領域、5……パ
ツド、41,45,54……バツフア、44,5
7,58……インバータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板表面の中央部に複数の回路素子を有する
    内部セルが複数個アレイ状に配置されて内部セル
    領域を構成してなり、 該基板表面の周辺部に複数の回路素子を有する
    I/Oセルが複数個配置されてI/Oセル領域を構成
    してなり、該I/Oセル領域にて該内部セル領域と
    装置外部との信号レベルの変換を行なうようにし
    てなり、 該基板上に前記回路素子間を接続する配線層が
    少なくとも第1、第2の配線層を有し、 該I/Oセルは、前記内部セルの論理回路の一部
    を有し、且つ、基板外からの単一の入力信号に対
    して複数の出力を有することを特徴とする半導体
    集積回路。 2 前記I/Oセルの基板外からの単一の入力信号
    に対する複数の出力はそれぞれ正相および/また
    は逆相である特許請求の範囲第1項記載の半導体
    集積回路。 3 前記第2の配線層は電源配線として使用し、
    該電源配線の領域下に前記I/Oセル領域を形成
    し、前記I/Oセルを構成する複数の回路素子は少
    なくとも前記第1の配線層によつて互いに接続さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体集積回路。
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JPS59220948A (ja) * 1983-05-31 1984-12-12 Toshiba Corp 半導体装置
JPS6022336A (ja) * 1983-07-19 1985-02-04 Toshiba Corp マスタスライス型半導体装置
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5493376A (en) * 1977-12-30 1979-07-24 Fujitsu Ltd Semiconductor integrated circuit device

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