JPH04120767A - Logical ic - Google Patents

Logical ic

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JPH04120767A
JPH04120767A JP2239821A JP23982190A JPH04120767A JP H04120767 A JPH04120767 A JP H04120767A JP 2239821 A JP2239821 A JP 2239821A JP 23982190 A JP23982190 A JP 23982190A JP H04120767 A JPH04120767 A JP H04120767A
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JP
Japan
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cmos
circuit
power supply
logic
wiring
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JP2239821A
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Japanese (ja)
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Kazutaka Mori
和孝 森
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent speed lowering of a Bi-CMOS circuit in low power supply voltage by performing high rate charging/discharging of a load capacity through the Bi-CMOS circuit in a parallel circuit of CMOS circuit and Bi-CMOS circuit and finally swinging the output potential upto the power supply voltage through the CMOS circuit. CONSTITUTION:A CMOS logical circuit 12 of 3 input NAND logic is connected between the input terminals 11 to 13 of a Bi-CMOS and an output terminal OUT. Since the CMOS logical circuit 12 is connected in parallel with the Bi- CMOS logical circuit 11, the CMOS logical circuit 12 makes an output terminals to perform a full swing to Vcc or GND after the Bi-CMOS logical circuit performs charging and discharging of a load at high speed. An ON current of an FET of a next stage to be connected to the output terminal OUT is lowered so as to be free from a danger of increased delay time, high speed operation of the Bi-CMOS logical gate is ensured even when an LSI is operated with a low power supply voltage.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、大規模論理集積回路設計技術さらには論理L
SIを構成する論理ゲートのセル内レイアウト方式に適
用して特に有効な技術に関し、例えばBi−0MO3論
理ゲートとCMOS回路が一体化された論理ゲートのレ
イアウトに利用して有効な技術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Fields] The present invention is applicable to large-scale logic integrated circuit design technology and logic L
The present invention relates to a technique that is particularly effective when applied to an intra-cell layout method of logic gates constituting an SI, and relates to a technique that is particularly effective when applied to a layout of a logic gate in which a Bi-0MO3 logic gate and a CMOS circuit are integrated, for example.

[従来の技術] 近年、CMOS回路の低消費電力性とバイポーラトラン
ジスタ回路の高速性の両方の利点を持つLSIとして、
Bi−0MO3論理ゲートを用いたものが実用化されて
おり、通常は0MO8論理LSIと同様に5vの単一電
源で駆動されるようになっている(v4培風館、昭和6
1月2月10日発行、「超高速MOSデバイス」第16
2頁〜第167頁参照)。
[Prior Art] In recent years, LSIs have been developed that have the advantages of both the low power consumption of CMOS circuits and the high speed of bipolar transistor circuits.
Bi-0MO3 logic gates have been put into practical use, and they are usually driven by a single 5V power supply like 0MO8 logic LSIs (v4 Baifukan, 1986).
Published on January and February 10th, "Ultra High Speed MOS Devices" No. 16
(See pages 2 to 167).

一方、近年、LSIの微細化が進むにつれて、MO3L
SIにおいては、電源電圧が5v一定のままでは短チヤ
ネル効果やホットエレクトロンの発生、耐圧の低下等、
素子特性工種々の問題が生じるため、電源電圧を低くす
る提案がなされてぃる。
On the other hand, in recent years, as LSI miniaturization progresses, MO3L
In SI, if the power supply voltage remains constant at 5V, short channel effects, generation of hot electrons, decrease in breakdown voltage, etc. will occur.
Since various problems arise in device characteristics engineering, proposals have been made to lower the power supply voltage.

[発明が解決しようとする課題] しかるに、Bi−CMOS論理ゲートを有するLSIに
おいて、プロセスの微細化に合わせて電源電圧を5vか
ら例えば3〜3.5vに下げた場合、バイポーラトラン
ジスタのベース・エミッタ間電圧VBEは素子寸法に拘
らず一定(約0.8V)であるため、5vの入力振幅に
対し、Bi−CMOS論理ゲートの出力信号の振幅が2
VB E分だけ小さくなり、動作速度が低下するおそれ
がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in an LSI having a Bi-CMOS logic gate, when the power supply voltage is lowered from 5V to, for example, 3 to 3.5V in accordance with the miniaturization of the process, the base-emitter of the bipolar transistor Since the voltage VBE is constant (approximately 0.8V) regardless of the element size, the amplitude of the output signal of the Bi-CMOS logic gate is 2 for an input amplitude of 5V.
It becomes smaller by VBE, and there is a risk that the operating speed will decrease.

そこで、論理ゲートの入出力端子間に、BiCMOS回
路とCMOS回路とを並列接続させることにより、同一
負荷をバイポーラとFETで加算的に駆動する方式が提
案されている(特開昭61−133721号)。
Therefore, a method has been proposed in which a BiCMOS circuit and a CMOS circuit are connected in parallel between the input and output terminals of a logic gate, and the same load is driven additively by a bipolar transistor and a FET (Japanese Patent Laid-Open No. 133721/1983). ).

しかし、この回路方式にあってはセル面積が大幅に増加
するという不具合がある。
However, this circuit system has the disadvantage that the cell area increases significantly.

すなわち、Bi−CMOS論理ゲートのレイアウト設計
を行なう場合、同電位のゲートを有するFETの数が非
常に多くなる。これを効率よくレイアウトする一般的な
方式としては2種類考えられる。一つは、同電位のゲー
ト電極を1本にまとめゲート電極の方向に複数のFET
を配置して同電位のゲート電極を接続する配線を削減す
る方式であり、もう一つは、回路のゲート!極方向の高
さをCMOS回路と同じ一定値に保つ方式である。
That is, when designing the layout of a Bi-CMOS logic gate, the number of FETs having gates at the same potential becomes extremely large. There are two general methods that can be considered to efficiently layout this. One is to combine gate electrodes with the same potential into one line and connect multiple FETs in the direction of the gate electrode.
This is a method to reduce the wiring that connects gate electrodes of the same potential by arranging the gate electrodes. This method maintains the height in the pole direction at the same constant value as a CMOS circuit.

前者はセルの高さがCMOS回路に比べて大きくなるた
めCMOS回路との混在が困難となる欠点があり、後者
は同電位のゲート電極間を接続する配線の本数が多くな
りセルサイズが増大するという欠点があり、いずれの場
合も集積度を低下させてしまう。
The former has the disadvantage that it is difficult to mix with CMOS circuits because the cell height is larger than that of CMOS circuits, and the latter has the disadvantage that the number of wirings connecting gate electrodes of the same potential increases, resulting in an increase in cell size. In either case, the degree of integration is reduced.

この発明の目的は、電源電圧を下げても動作速度が低下
しないように保証したBi−CMOS論理ゲートの集積
度を向上させ得るようなレイアウト技術を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a layout technique that can improve the degree of integration of Bi-CMOS logic gates that guarantees that the operating speed will not decrease even if the power supply voltage is lowered.

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

[課題を解決するための手段] 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。
[Means for Solving the Problems] Representative inventions disclosed in this application will be summarized as follows.

すなわち、入出力端子間にCMOS回路と81−CMO
S回路を並列に接続されてなるBi−CMOS論理ゲー
トにおいて、複数の同電位のゲート電極を有するFET
群を略−直線状に並べて配置するとともに、回路内のF
ETとバイポーラトランジスタ間の接続は第1層目の配
線層たる高融点金属層のみを用いて行ない、かつ第2層
目より上の低抵抗配線層で回路間の接続を行ない、この
配線が上記高融点金属配線の上空を通過できるようにし
た。
In other words, a CMOS circuit and an 81-CMO circuit are connected between the input and output terminals.
A FET with multiple gate electrodes at the same potential in a Bi-CMOS logic gate formed by connecting S circuits in parallel.
The groups are arranged in a substantially straight line, and the F in the circuit is
The connection between the ET and the bipolar transistor is made using only the high melting point metal layer which is the first wiring layer, and the connection between the circuits is made with the low resistance wiring layer above the second layer, and this wiring is as described above. Made it possible to pass over high melting point metal wiring.

[作用] 上記した手段によれば、互いに並列に接続されたCMO
S回路とBi−CMOS回路のうち、Bi−CMOS回
路が高速に負荷容量を充放電し、最終的には−CMO3
回路が出力電位を電源電圧までフルスイングさせるため
、低電源電圧におけるBi−CMOS回路の速度低下が
防止できる。
[Operation] According to the above-described means, the CMOs connected in parallel to each other
Of the S circuit and the Bi-CMOS circuit, the Bi-CMOS circuit charges and discharges the load capacitance at high speed, and eventually -CMO3
Since the circuit fully swings the output potential to the power supply voltage, it is possible to prevent the speed of the Bi-CMOS circuit from decreasing at low power supply voltages.

また、複数の同電位のゲート電極を有するFET群を一
直線状に配置したため、ゲート電極間配線が削減され、
かつ、隣接するCMOS回路と第2層目の回路電源用低
抵抗配線を共有することができ、これによってレイアウ
ト面積の縮小を図ることができ、Bi−CMOS回路の
セル面積を縮小させ、集積度を向上させることができる
In addition, since the FET groups having multiple gate electrodes of the same potential are arranged in a straight line, the wiring between gate electrodes is reduced.
In addition, it is possible to share the low resistance wiring for the circuit power supply on the second layer with the adjacent CMOS circuit, thereby reducing the layout area, reducing the cell area of the Bi-CMOS circuit, and increasing the degree of integration. can be improved.

[実施例コ 第1図には、本発明を3人力NAND論理型のB i−
CMOS論理ゲートに適用した場合の一実施例の回路図
が示されている。
[Embodiment FIG. 1 shows the present invention in a three-man NAND logic type Bi-
A circuit diagram of one embodiment as applied to a CMOS logic gate is shown.

同図において、1は電源電圧Vcc−GND間に直列に
接続されたバイポーラトランジスタQl。
In the figure, 1 is a bipolar transistor Ql connected in series between power supply voltage Vcc and GND.

Q2によって構成されたトーテムポール型出力段、2は
上記出力段1のトランジスタQl、Q2を駆動する信号
を形成するためのCMO3論理段である。このCMO3
論理段2は、電源電圧端子VcCとトランジスタQ1の
ベース端子との間に並列に接続された3個のpチャネル
MO3FET  P1〜P3と、トランジスタQ1のベ
ース端子と電原電圧GND間に直列接続された3個のn
チャネルMOSFET  Nl−N3とからなる3人力
NAND論理部と、回路の出力端子OUTと電源電圧端
子(GND)との間に直列接続された4個のnチャネル
MOSFET  N4〜N7とにより構成されており、
上記MO3FET  N4〜N7のうち、N4〜N6の
ゲート端子に、上記nチャネルMO8FETPI−P3
と共通の入力信号11〜■3が印加される。
A totem-pole output stage constituted by Q2, 2 is a CMO3 logic stage for forming a signal for driving the transistors Ql and Q2 of the output stage 1. This CMO3
Logic stage 2 includes three p-channel MO3FETs P1 to P3 connected in parallel between the power supply voltage terminal VcC and the base terminal of the transistor Q1, and connected in series between the base terminal of the transistor Q1 and the voltage GND. three n's
It consists of a three-way NAND logic section consisting of channel MOSFETs Nl-N3, and four n-channel MOSFETs N4 to N7 connected in series between the output terminal OUT of the circuit and the power supply voltage terminal (GND). ,
Among the MO3FETs N4 to N7, the gate terminals of N4 to N6 are connected to the n-channel MO8FET PI-P3.
Common input signals 11 to 3 are applied.

また、上記nチャネルMO3FET  I’J7のゲー
ト端子には、トランジスタQ1のベース端子に印加され
る電圧と同一の電圧(ノードn1の電位)が印加され、
トランジスタQ2のベース端子にはMOSFET  N
6とN7との接続ノードn2の電位が印加される。これ
によって、出力段1のトランジスタQl、Q2は互いに
相補的にオン・オフ制御されることで、負荷を充放電す
る。このとき、トランジスタQl、Q2のうちいずれか
一方は必ずオフ状態にされるため、貫通電流が防止され
、消費電力が少なくて済む。しかも、負荷をバイポーラ
トランジスタで駆動するため、CMOS回路に比べて高
速動作する。
Further, the same voltage as the voltage applied to the base terminal of the transistor Q1 (the potential of the node n1) is applied to the gate terminal of the n-channel MO3FET I'J7,
MOSFET N is connected to the base terminal of transistor Q2.
The potential of the connection node n2 between 6 and N7 is applied. As a result, the transistors Ql and Q2 of the output stage 1 are controlled to be turned on and off in a complementary manner to each other, thereby charging and discharging the load. At this time, one of the transistors Ql and Q2 is always turned off, so that through current is prevented and power consumption can be reduced. Furthermore, since the load is driven by a bipolar transistor, it operates faster than a CMOS circuit.

なお、上記CMO8論理段2(7)MO,5FETN4
〜N7は、電源電圧V c c−GNDnJH,:il
I列接続されていてもよいが、出力端子○UTのハイレ
ベルは電源電圧Vccよりもベース・エミッタ間電圧V
BE分低いので、トランジスタQ2の飽和を防止して高
速化を図るため、出力端子OUTと電源電圧端子(GN
D)との間にMOSFETN4〜N7が直列接続されて
いる。
In addition, the above CMO8 logic stage 2 (7) MO, 5FETN4
~N7 is the power supply voltage V c c-GNDnJH, :il
They may be connected in I-series, but the high level of the output terminal ○UT is higher than the base-emitter voltage Vcc than the power supply voltage Vcc.
BE is low, so in order to prevent the saturation of the transistor Q2 and increase the speed, the output terminal OUT and the power supply voltage terminal (GN
D), MOSFETs N4 to N7 are connected in series.

この実施例では、上記Bi−CMO3ロー0M0入力端
子11〜工3と出力端子○UT間に、3人力NAND論
理のCMO3論理回路12が接続されている。すなわち
、電源電圧Vccと出力端子○UTとの間に、nチャネ
ルMOSFET  P4〜P6が並列に接続され、かつ
そのゲート端子が入力端子にnチャネルMOSFET 
 Pi〜P3と同一の入力信号11〜■3がそれぞれ印
加されている。また、出力端子OUTと電源電圧GND
との間に、nチャネルMOSFET  N8〜N10が
直列接続され、そのゲート端子に上記nチャネルMO3
FET  P4〜P6の入力信号11〜I3が共通に印
加されるように構成されている。
In this embodiment, a three-manufactured NAND logic CMO3 logic circuit 12 is connected between the Bi-CMO3 low 0M0 input terminals 11 to 3 and the output terminal UT. That is, n-channel MOSFETs P4 to P6 are connected in parallel between the power supply voltage Vcc and the output terminal ○UT, and the gate terminal is connected to the input terminal of the n-channel MOSFET.
The same input signals 11 to 3 as Pi to P3 are applied, respectively. In addition, the output terminal OUT and the power supply voltage GND
n-channel MOSFETs N8 to N10 are connected in series between
It is configured such that input signals 11 to I3 of FETs P4 to P6 are commonly applied.

このようにCMO3論理回路12が、上記Bi−CMO
3論理回路11と並列に接続されていることにより、B
 i −CMOS論理回路11が負荷を高速で充放電し
た後、CMO3論理回路12が出力端子をVccまたは
GNDまでフルスイングさせる。そのため、負荷の駆動
力が高くしかも出力がフルスイングが可能なりi−0M
O3論理ゲートが得られる。その結果、出力端子OUT
に接続される次段のFETのオン電流が低下して遅延時
間が増大されるおそれがなくなり、LSIが低電源電圧
化されても、Bi−0MO3論理ゲートの高速性を保証
することができる。
In this way, the CMO3 logic circuit 12 is connected to the Bi-CMO
By being connected in parallel with the three logic circuits 11, B
After the i-CMOS logic circuit 11 charges and discharges the load at high speed, the CMO3 logic circuit 12 fully swings the output terminal to Vcc or GND. Therefore, the driving force of the load is high and the output can fully swing, i-0M.
An O3 logic gate is obtained. As a result, the output terminal OUT
There is no risk that the on-current of the next-stage FET connected to the gate will decrease and the delay time will increase, and even if the power supply voltage of the LSI is lowered, the high speed performance of the Bi-0 MO3 logic gate can be guaranteed.

第2図には、上記3人力NAND型のBi−0MO8論
理ゲートをセル化した場合のレイアウト方式の一例を示
す。
FIG. 2 shows an example of a layout system when the three-manufactured NAND type Bi-0MO8 logic gate is formed into cells.

同図において符号PSDIで示されているのは、第1図
の回路を構成するpチャネルMO3FETP4〜P6の
ソース、ドレイン領域となるn型拡散層、PSD2はn
チャネルMOSFET  P1〜P3のソース、ドレイ
ン領域となるn型拡散層、またN5DI、N5D2.N
5D3で示されているのは、各々nチャネルMO3FE
T  Nl−N3とN7.N8〜N10およびN4〜N
6のソース、ドレイン領域となるn型拡散層である。
In the same figure, the symbol PSDI indicates an n-type diffusion layer that becomes the source and drain regions of the p-channel MO3FETPs P4 to P6 that constitute the circuit of FIG.
N-type diffusion layers which become source and drain regions of channel MOSFETs P1 to P3, and N5DI, N5D2. N
5D3 are each n-channel MO3FE
T Nl-N3 and N7. N8-N10 and N4-N
This is an n-type diffusion layer that becomes the source and drain regions of No. 6.

この実施例では、上記拡散層PSDI、PSD2、N5
DI〜N5D3が一方向(図では上下方向)に沿って整
列するように配置され、その上に絶縁膜(図示省略)を
介してポリシリコン等からなる3本の共通のゲート電極
GTI〜GT3が互いに平行に配設されている。すなわ
ち、同一の入力信号が印加されるMOSFETのゲート
電極を1本にまとめ、ゲート電極の方向に複数のMOS
FETを配置することで同電位のゲート電極間を接続す
る配線を省略する方式とされている。
In this embodiment, the diffusion layers PSDI, PSD2, N5
DI to N5D3 are arranged so as to be aligned in one direction (vertical direction in the figure), and three common gate electrodes GTI to GT3 made of polysilicon or the like are placed thereon with an insulating film (not shown) interposed therebetween. are arranged parallel to each other. In other words, the gate electrodes of MOSFETs to which the same input signal is applied are combined into one, and multiple MOSFETs are connected in the direction of the gate electrode.
By arranging FETs, the wiring that connects gate electrodes of the same potential is omitted.

そして、上記拡散層PSD2とN5D2に隣接して出力
段を構成するバイポーラトランジスタQl、Q2の活性
領域BIPI、BIP2が形成されている。C1,Bl
、Elは各々バイポーラトランジスタQlのコレクタ端
子、ベース端子、エミッタ端子、またC2.B2.E2
はバイポーラトランジスタQ2のコレクタ端子、ベース
端子、エミッタ端子である。
Active regions BIPI and BIP2 of bipolar transistors Ql and Q2 constituting an output stage are formed adjacent to the diffusion layers PSD2 and N5D2. C1, Bl
, El are the collector terminal, base terminal, and emitter terminal of the bipolar transistor Ql, respectively, and C2 . B2. E2
are the collector terminal, base terminal, and emitter terminal of the bipolar transistor Q2.

ただし、上記のようにMOSFETの拡散層を縦積みに
配置するとセルの高さ方向が長くなるので、従来方式の
ようにセルの外側(上下)に電源配線(Vccラインと
GNDライン)を配設したとき、バイポーラ出力段の形
成領域BIPI、BIP2に無駄な空白領域が生じたり
、Bi−0MO8論理ゲートとCMO3論理ゲートとを
混在させてなるLSrでは、2つのゲートのセルの高さ
が異なってしまいバイポーラ形成領域と同じように無駄
なスペースが生じてしまう。
However, if the MOSFET diffusion layers are stacked vertically as described above, the cell becomes longer in the height direction, so power supply wiring (Vcc line and GND line) is placed outside (top and bottom) of the cell as in the conventional method. When this happens, a wasted blank area is created in the bipolar output stage formation areas BIPI and BIP2, and in an LSr that includes a mixture of Bi-0MO8 logic gates and CMO3 logic gates, the heights of the two gate cells are different. This results in wasted space as in the case of the bipolar formation region.

そこで、この実施例ではセル内部のトランジスタ間の接
続用配線がタングステン等の高融点金属層で形成されて
いる。
Therefore, in this embodiment, the wiring for connecting between the transistors inside the cell is formed of a high melting point metal layer such as tungsten.

すなわち、pチャネルMO3FET  PI−P3とP
4〜P6の各ソース端子間はタングステン配線W1とW
2とによって接続され、pチャネルMO3FET  P
i〜P3の各ドレイン端子とバイポーラトランジスタQ
lのベース端子Biとの間は、タングステン配線W3に
よって接続されている。そして、このタングステン配線
W3の一部は拡散層N5DIの側に延長され、nチャネ
ルMO3FET  Nlのドレイン端子に接続されてい
る。マタ、pチャネルMo5FET P4〜P6のドレ
イン端子とバイポーラトランジスタQ1のエミッタ端子
E1との間は、タングステン配線W4によって接続され
、このタングステン配線W4は下方に延長されてバイポ
ーラトランジスタQ2のコレクタ端子C2およびnチャ
ネルMO3FET  N4とN8のドレイン領域たる拡
散層N5D2およびN5D3に接続されている。
That is, p-channel MO3FET PI-P3 and P
Tungsten wires W1 and W are connected between each source terminal of 4 to P6.
2 and connected by a p-channel MO3FET P
Each drain terminal of i to P3 and bipolar transistor Q
A tungsten wiring W3 is connected to the base terminal Bi of the base terminal Bi. A part of this tungsten wiring W3 is extended toward the diffusion layer N5DI and connected to the drain terminal of the n-channel MO3FET Nl. The drain terminals of the p-channel Mo5FETs P4 to P6 and the emitter terminal E1 of the bipolar transistor Q1 are connected by a tungsten wiring W4, and this tungsten wiring W4 is extended downward to connect the collector terminals C2 and n of the bipolar transistor Q2. It is connected to diffusion layers N5D2 and N5D3, which are the drain regions of channel MO3FETs N4 and N8.

さらに、バイポーラトランジスタQ2のベース端子B2
とnチャネルMO3FET  N6のソース領域たる拡
散層N5D3との間は、タングステン配線W5によって
接続され、また、nチャネルMO3FET  N3とN
7およびNl0(7)/−ス領域はタングステン配線W
6によって互いに接続されている。
Furthermore, the base terminal B2 of the bipolar transistor Q2
and the diffusion layer N5D3, which is the source region of the n-channel MO3FET N6, are connected by a tungsten wiring W5.
7 and Nl0(7)/-s regions are tungsten wiring W
are connected to each other by 6.

なお、nチャネルMO3FET  N7のドレイン領域
たる拡散層N5D1とバイポーラトランジスタQ2のベ
ース端子82間はタングステン配線W7およびポリシリ
コン配線PLIと上記タングステン配線W5を介して接
続されている。
Note that the diffusion layer N5D1 serving as the drain region of the n-channel MO3FET N7 and the base terminal 82 of the bipolar transistor Q2 are connected to the tungsten wiring W7 and the polysilicon wiring PLI via the tungsten wiring W5.

また、この実施例では、上記MOSFET  P1〜P
3の拡散層PSD2の上方からバイポーラトランジスタ
Q1の形成領域BrP1の上方にかけて一層目のアルミ
ニウム層からなる電源ライン(Vccライン)Llが、
またMOSFET  N8〜NIOの拡散層N5D2の
上方からバイポーラトランジスタQ2の形成領域BIP
2の上方にかけて同じく第2層配線層たる一層目のアル
ミニウム層からなる電源ライン(GNDライン)L2が
形成されている。
Moreover, in this example, the above MOSFETs P1 to P
A power supply line (Vcc line) Ll made of the first aluminum layer extends from above the diffusion layer PSD2 of No. 3 to above the formation region BrP1 of the bipolar transistor Q1.
Also, from above the diffusion layer N5D2 of MOSFETs N8 to NIO, the formation region BIP of the bipolar transistor Q2 is
A power supply line (GND line) L2 made of a first aluminum layer, which is also a second wiring layer, is formed above 2.

そして、トランジスタQ1のコレクタ端子C1へのVc
cの給電は、タングステンバッファ層WBiを介して電
源ラインL1に接続することにより行なうようにされて
いる。THIはそのバッファ層WBIと電源ラインL1
とを接触するためのコンタクト穴である。また、pチャ
ネルMO3FET  PI〜P6のソース端子へのVC
Cの給電は、コンタクト穴TH2,TH3にて電源ライ
ンL1をタングステン配線Wl、W2へ接触させること
により行なうようにされている。
Then, Vc to the collector terminal C1 of the transistor Q1
The power supply c is performed by connecting to the power supply line L1 via the tungsten buffer layer WBi. THI is connected to its buffer layer WBI and power supply line L1
This is a contact hole for making contact with. In addition, VC to the source terminals of p-channel MO3FETs PI to P6
Power is supplied to C by bringing the power line L1 into contact with the tungsten wirings W1, W2 through contact holes TH2, TH3.

一方、バイポーラトランジスタQ2のエミッタ端子E2
への接地電位の印加は、タングステンバッファ層WB2
を介して行なうようにされている。
On the other hand, emitter terminal E2 of bipolar transistor Q2
Application of the ground potential to the tungsten buffer layer WB2
This is done through the .

TH4およびTH5は、上記バッファ層WB2と電源ラ
インL2とを接触させるためのコンタクト穴である。
TH4 and TH5 are contact holes for bringing the buffer layer WB2 and the power supply line L2 into contact.

さらに、nチャネルMO3FET  N3.N7および
NIOのソース端子への接地電位の印加は、電源ライン
L2をコンタクト穴TH6にてタングステン配線W6へ
接触させることにより行なうようにされている。
Furthermore, an n-channel MO3FET N3. The ground potential is applied to the source terminals of N7 and NIO by bringing the power supply line L2 into contact with the tungsten wiring W6 through the contact hole TH6.

なお、第2図において記号図で示されているのは、タン
グステンW1〜W7とMOSFET  P1−P6やN
1〜NIOのソース、ドレイン領域とを接触するために
設けられているコンタクト穴の位置である。また、CH
IIはpチャネルMO3FETMO3FET周縁のウェ
ル電位を与えるコンタクト穴、CH22は基板電位を与
えるコンタクト穴である。
In addition, the symbols shown in FIG. 2 are tungsten W1 to W7 and MOSFETs P1 to P6 and N
1 to the position of a contact hole provided for contacting the source and drain regions of NIO. Also, CH
II is a contact hole that provides a well potential around the p-channel MO3FETMO3FET, and CH22 is a contact hole that provides a substrate potential.

上記実施例のレイアウトにおいては、セルの一部が電源
ラインL1とB2の外側(第2図では上方および下方)
に突出している。しかして、セル内の素子間接続がタン
グステン配線で行なわれているため、電源ラインLl、
L2の外側にはアルミニウム層からなる信号線を形成す
ることが可能である。つまり、セルの上を、自動配線技
術により信号線を形成する配線チャネル領域として利用
することができ、これによって、セル自体の面積は増大
しても集積度は逆に高くなり、チップサイズを低減する
ことが可能となる。
In the layout of the above embodiment, some of the cells are outside the power lines L1 and B2 (in the upper and lower parts in FIG. 2).
It stands out. However, since the connections between elements within the cell are made with tungsten wiring, the power supply line Ll,
It is possible to form a signal line made of an aluminum layer outside L2. In other words, the area above the cell can be used as a wiring channel area for forming signal lines using automatic wiring technology, which increases the degree of integration even though the area of the cell itself increases, reducing chip size. It becomes possible to do so.

なお、上記のように構成されたBi−CMOSゲートセ
ルに対する入力信号の供給は、例えばゲート電極GTI
、GT2.GT3の端部をチャネル領域CNLIに突出
させ、その端部にタングステン配線層Wll〜W13を
介してアルミ信号線Ql−06を接続させて行なえばよ
い。
Note that input signals are supplied to the Bi-CMOS gate cell configured as described above, for example, through the gate electrode GTI.
, GT2. The end portion of GT3 may be made to protrude into the channel region CNLI, and the aluminum signal line Ql-06 may be connected to the end portion via the tungsten wiring layers Wll to W13.

また、出力信号の取出しは、バイポーラトランジスタQ
lのエミッタ端子E1と、Q2のコレクタ端子C2とを
接続するタングステン配線層W4の上にアルミバッファ
層ALBを形成し、このバッファ層ALBを介して電源
ラインLl、L2と直交する方向に配設された第3層配
線層たる二層目のアルミニウム層からなる出力信号線Q
llとタングステン配線層W4をコンタクト穴TH7゜
TH8およびCH13にて接触させて行なうとよい。
In addition, the output signal is taken out using a bipolar transistor Q.
An aluminum buffer layer ALB is formed on the tungsten wiring layer W4 that connects the emitter terminal E1 of Q2 and the collector terminal C2 of Q2, and is arranged in a direction perpendicular to the power lines L1 and L2 via this buffer layer ALB. The output signal line Q is made of the second aluminum layer, which is the third wiring layer.
It is preferable to contact the tungsten wiring layer W4 with the contact holes TH7, TH8 and CH13.

本発明の一実施例によるセルレイアウト方式は第2図に
示すように、ゲート電極は同電位のものを一本にまとめ
、ゲート電極の方向に複数のFETを配置して同電位の
ゲート電極を接続する配線を削減する方式であるが、セ
ル内部のFETとバイポーラトランジスタ間の配線は全
て第1層目のタングステン等の高融点金属薄膜によりな
されている。従って、セル間で共通に用いる電源配線(
Vcc、GND)である第2層目の配線層たるアルミニ
ウム合金等による低抵抗配線Ll、L2は第1層目のタ
ングステン等の高融点金属薄膜の上空を自由に通過する
ことができる。これにより、セル高さの小さいCMO3
回路と隣接させても電源配線Ll、L2を共有すること
ができ、無駄なスペースがなくなる。
As shown in FIG. 2, the cell layout method according to an embodiment of the present invention is such that gate electrodes with the same potential are grouped into one line, and a plurality of FETs are arranged in the direction of the gate electrode to connect gate electrodes with the same potential. Although this is a method to reduce the number of interconnections to be connected, all interconnections between the FET and the bipolar transistor inside the cell are made of a first layer of a high melting point metal thin film such as tungsten. Therefore, the power supply wiring (
The low-resistance wiring lines L1 and L2 made of aluminum alloy or the like, which are the second wiring layer (Vcc, GND), can freely pass over the first layer, which is a high melting point metal thin film such as tungsten. This allows CMO3 with small cell height to
Even if they are placed adjacent to the circuit, the power supply wirings Ll and L2 can be shared, eliminating wasted space.

さらに、電源配線LL、L2に挾まれた領域の外側は通
常セル間の配線チャネル領域として用いられているが、
本実施例のレイアウトによれば、セル間配線は第2層目
より上のアルミニウム合金等による低抵抗配線により構
成されるため、セル内のFETやバイポーラトランジス
タを構成するエミッタ用ポリシリコンやゲート電極及び
セル内素子間配線である第1層目のタングステン等の高
融点金属薄膜の上空を自由に通過することが可能である
。例えば、第2図中のP4〜P6及びN4〜N6はセル
用配線チャネル領域にはみだしていることになるが、こ
れらの上空には第2層目以降のアルミニウム合金等から
なるセル間低抵抗配線が自由に通過可能である。即ち、
P4〜P6及びN1〜N6は配線チャネル領域を狭める
ことにならないため、実効的セルサイズはP4〜P6及
びN8〜NIOがない場合、つまり従来のBi−CMO
3回路に等しい。
Furthermore, the outside of the area between the power supply lines LL and L2 is normally used as a wiring channel area between cells;
According to the layout of this example, the inter-cell wiring is composed of low resistance wiring made of aluminum alloy or the like above the second layer, so the emitter polysilicon and gate electrodes constituting the FETs and bipolar transistors in the cells It is also possible to freely pass over the first layer of high melting point metal thin film such as tungsten, which is the inter-element wiring within the cell. For example, P4 to P6 and N4 to N6 in Figure 2 protrude into the cell wiring channel region, but above these are intercell low resistance wirings made of aluminum alloy, etc. from the second layer onwards. can pass freely. That is,
Since P4 to P6 and N1 to N6 do not narrow the wiring channel area, the effective cell size is the same as the conventional Bi-CMO without P4 to P6 and N8 to NIO.
Equal to 3 circuits.

以上のように、本発明の一実施例の回路方式によれば、
出力電圧が電源電圧までフルスイングするので、低電源
電圧でもBj−CMO3回路の高速性を実現することが
できる。また、本発明の一実施例のレイアウト方式によ
れば、FETが数多く付加されているにも拘らず実効的
セルサイズは従来のB i −CMOS回路に等しいの
で高集積の半導体集積回路を実現できる。
As described above, according to the circuit system of one embodiment of the present invention,
Since the output voltage fully swings up to the power supply voltage, the high speed performance of the Bj-CMO3 circuit can be achieved even at a low power supply voltage. Furthermore, according to the layout method of one embodiment of the present invention, the effective cell size is the same as that of a conventional Bi-CMOS circuit even though a large number of FETs are added, so a highly integrated semiconductor integrated circuit can be realized. .

また、本発明の一実施例によれば、第1層目のタングス
テン等の高融点金属薄膜はセル内部の結線のみに用いら
れているため薄膜化が容易であり、第2層目以降のアル
ミニウム合金等による低抵抗配線をプロセスを複雑にす
ることなく形成できるため多層化が容易である。
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the first layer of high melting point metal thin film such as tungsten is used only for connection inside the cell, so it is easy to reduce the thickness, and the second and subsequent layers are made of aluminum. Since low-resistance wiring made of alloy or the like can be formed without complicating the process, multilayering is easy.

さらに、第1層目のタングステン等の高融点金属層は第
2層目以降のアルミニウム合金等による低抵抗配線のレ
イアウトの邪魔になることがないので、FETのソース
・ドレインと第1層目のタングステン等の高融点金属の
間の接続穴を多数設けてもセルサイズを増大させること
がない。従って該接続穴の数を多くしてソース・ドレイ
ンの寄生抵抗を下げて回路の高速化を実現することがで
きる。
Furthermore, since the first layer of high-melting point metal such as tungsten does not interfere with the layout of low-resistance wiring made of aluminum alloy or the like in the second and subsequent layers, the source/drain of the FET and the first layer Even if a large number of connection holes are provided between high melting point metals such as tungsten, the cell size will not increase. Therefore, by increasing the number of connection holes, it is possible to reduce the parasitic resistance of the source and drain, thereby increasing the speed of the circuit.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば上記実施例では3
人力NAND論理を構成するB 1−CMOS論理ゲー
トを例にとって説明したが、2人力や4人力のNAND
論理あるいはNOR論理またはインバータ等を構成する
Bi−CMOS論理ゲートにも適用することができる。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor. For example, in the above example, 3
The explanation was given using the B1-CMOS logic gate that constitutes human-powered NAND logic as an example, but it is also possible to use two- or four-person NAND
The present invention can also be applied to Bi-CMOS logic gates constituting logic, NOR logic, inverters, and the like.

本発明はスタンダードセル方式の論理LSIはもちろん
、ゲートアレイその他Bi−CMO3!理ゲートを有す
る論理LSI一般に利用することができる。
The present invention applies not only to standard cell type logic LSIs, but also to gate arrays and other Bi-CMO3! It can be generally used for logic LSIs having logic gates.

[発明の効果] 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
[Effects of the Invention] The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below.

すなわち、Bi−CMOS論理ゲートを備えた論理LS
Iにおいて、動作速度を低下させることなく集積度を向
上させることができる。
That is, a logic LS with Bi-CMOS logic gates
In I, the degree of integration can be improved without reducing the operating speed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る論理集積回路を構成する論理ゲー
トの一実施例を示す回路図、 第2図はその論理ゲートのセル内のレイアウト方式の一
実施例を示す平面図である。 TGI〜TG3・・・・ゲート電極、PSDI、PSD
2.N5DI〜N5D3・・・・MOSFETの拡散層
、Wl−W7・・・・高融点金属配線層、第 ■ 図
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a logic gate constituting a logic integrated circuit according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a layout method within a cell of the logic gate. TGI~TG3...Gate electrode, PSDI, PSD
2. N5DI~N5D3...MOSFET diffusion layer, Wl-W7...High melting point metal wiring layer, Fig.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、入出力端子間に同一論理のCMOS回路とBi−C
MOS回路が並列に接続されてなる論理ゲートを備えた
論理集積回路において、各論理ゲート内の素子間の接続
が、主として高融点金属からなる配線により行なわれて
いることを特徴とする論理集積回路。 2、同一信号が入力されるMOSFETはそれらのゲー
ト電極が直線をなすよう同一方向に沿って配設されてい
ることを特徴とする請求項1記載の論理集積回路。 3、上記論理ゲートが形成されたセル領域の内側に電源
ラインが配設され、その外側がチャネル領域とされてい
ることを特徴とする請求項1または2記載の論理集積回
路。
[Claims] 1. CMOS circuit and Bi-C with the same logic between input and output terminals
A logic integrated circuit comprising a logic gate formed by connecting MOS circuits in parallel, characterized in that connections between elements in each logic gate are made by wiring mainly made of a high melting point metal. . 2. The logic integrated circuit according to claim 1, wherein the MOSFETs to which the same signal is input are arranged along the same direction so that their gate electrodes form a straight line. 3. The logic integrated circuit according to claim 1 or 2, wherein a power supply line is provided inside the cell region in which the logic gate is formed, and a channel region is provided outside of the power supply line.
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