JPH0475664B2 - - Google Patents
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- JPH0475664B2 JPH0475664B2 JP55176824A JP17682480A JPH0475664B2 JP H0475664 B2 JPH0475664 B2 JP H0475664B2 JP 55176824 A JP55176824 A JP 55176824A JP 17682480 A JP17682480 A JP 17682480A JP H0475664 B2 JPH0475664 B2 JP H0475664B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体集積回路装置に係り、マスター
スライス方式によるゲートアレイ型のMOS型大
規模集積回路に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and relates to a gate array type MOS type large-scale integrated circuit using a master slice method.
マスタースライス方式とは、予め複数の素子か
らなる基本セルを半導体基板に多数に作り込み、
コンタクト穴及び金属配線を変更することにより
所望の回路動作を得ようとするもので、新たな機
能の回路の要望に対し、比較的簡単に対処できる
ことが特徴である。すなわち、金属配線を形成す
る前までの工程により作成される半導体チツプ
は、全ての機能回路に共通であるため開発期間の
短縮、製造コストの低減が図れ、従来、困難視さ
れてきた、多品種、少量生産を可能とするため、
近年、注目されている。 The master slicing method involves creating a large number of basic cells consisting of multiple elements on a semiconductor substrate in advance.
It attempts to obtain a desired circuit operation by changing contact holes and metal wiring, and is characterized by being able to respond to requests for circuits with new functions relatively easily. In other words, since the semiconductor chips created through the process up to the point where metal wiring is formed are common to all functional circuits, it is possible to shorten the development period and reduce manufacturing costs, making it possible to manufacture a wide variety of chips, which has been considered difficult in the past. , to enable small-scale production,
It has been attracting attention in recent years.
マスタースライス方式によるゲートアレイ型大
規模集積回路では、半導体チツプ内は基本セルが
連なる基本セル領域と、基本セル群を相互に接続
する配線領域とに分けられる。基本セルは、所望
の回路とは無関係に、一定の規則により配列され
ているがために、ゲートアレイ型大規模集積回路
では基本セルの全ての素子が使用されているとは
限らない。しかしながら、より高度で、複雑な機
能を持つ大規模集積回路実現のためには、基本セ
ルの利用率を高め、有効に活用せしめねばならな
い。また配線領域の有効活用、配線長の短縮化等
を図る場合、基本セルは、配線領域間を結ぶ配線
領域となることも必要である。さらに、基本セル
は、種々な機能をもつ回路を構成しうる形態をと
ることが不可欠である。 In a gate array type large-scale integrated circuit based on the master slice method, the inside of a semiconductor chip is divided into a basic cell area where basic cells are connected and a wiring area that interconnects groups of basic cells. Since the basic cells are arranged according to a certain rule regardless of the desired circuit, not all elements of the basic cells are necessarily used in gate array type large-scale integrated circuits. However, in order to realize large-scale integrated circuits with more advanced and complex functions, it is necessary to increase the utilization rate of basic cells and make effective use of them. Furthermore, in order to effectively utilize the wiring area, shorten the wiring length, etc., the basic cell also needs to serve as a wiring area that connects the wiring areas. Furthermore, it is essential that the basic cells take a form that allows circuits with various functions to be constructed.
本発明は、前述の諸点に鑑みなされたもので、
マスタースライス方式によるゲートアレイ型大規
模集積回路に適した半導体集積回路を提供するも
のである。 The present invention was made in view of the above-mentioned points, and
The present invention provides a semiconductor integrated circuit suitable for a gate array type large-scale integrated circuit using a master slice method.
第1図は本発明による大規模集積回路を構成す
る基本セルの等価回路を示す。基本セルは4個の
MOSトランジスタTR1〜TR4からなる。TR
1,TR2はPチヤンネルMOSトランジスタ、
TR3,TR4はNチヤンネルMOSトランジスタ
である。PチヤンネルのTR1,TR2のソース
あるいはドレインは共有一体化接続され、Nチヤ
ンネルのTR3,TR4のソースあるいはドレイ
ンも共有一体化接続される。またPチヤンネルの
TR1とNチヤンネルのTR3のゲート電極は共
有一体化接続されるがPチヤンネルのTR2とN
チヤンネルのTR4のゲート電極は一体化されず
共有接続されない。 FIG. 1 shows an equivalent circuit of a basic cell constituting a large-scale integrated circuit according to the present invention. There are 4 basic cells
Consists of MOS transistors TR1 to TR4. T.R.
1.TR2 is a P channel MOS transistor,
TR3 and TR4 are N-channel MOS transistors. The sources or drains of TR1 and TR2 of the P channel are jointly connected, and the sources or drains of TR3 and TR4 of the N channel are also jointly connected. Also of P channel
The gate electrodes of TR1 and TR3 of the N channel are shared and integrally connected, but the gate electrodes of TR2 and N of the P channel
The gate electrode of channel TR4 is not integrated or shared.
第2図は本発明の一実施例の基本セルを示すパ
ターン図である。1,2はTR1,TR3のゲー
ト電極で連続的に一体形成され、3,4はTR
2,TR4のゲート電極でそれぞれ独立に形成さ
れている。5,6,7はPチヤンネルMOSトラ
ンジスタTR1,TR2のソースあるいはドレイ
ンとなるP+不純物拡散領域で、このうちP+不純
物拡散領域6をTR1,TR2で共有している。
8,9,10はNチヤンネルMOSトランジスタ
TR3,TR4のソースあるいはドレインとなる
N+不純物拡散領域で、このうちN+不純物拡散領
域9をTR3,TR4で共有している。これらの
不純物拡散領域では、各々数個のコンタクトホー
ルをとることができる。11はPウエルである。 FIG. 2 is a pattern diagram showing a basic cell according to an embodiment of the present invention. 1 and 2 are continuously formed integrally with the gate electrodes of TR1 and TR3, and 3 and 4 are the gate electrodes of TR1 and TR3.
2. The gate electrodes of TR4 are formed independently. Reference numerals 5, 6, and 7 denote P + impurity diffusion regions that serve as sources or drains of the P channel MOS transistors TR1 and TR2, of which the P + impurity diffusion region 6 is shared by TR1 and TR2.
8, 9, 10 are N-channel MOS transistors
Becomes the source or drain of TR3 and TR4
Among the N + impurity diffusion regions, N + impurity diffusion region 9 is shared by TR3 and TR4. Several contact holes can be formed in each of these impurity diffusion regions. 11 is a P-well.
第3図a,bは第2図に示されるパターンをそ
れぞれA−A′,B−B′で切断した断面である。
12がN型シリコンウエハであり、Pウエル11
にTR3,TR4が形成され、Pウエルのない処
にTR1,TR2が形成されている。13はフイ
ールド酸化膜である。 FIGS. 3a and 3b are cross-sections of the pattern shown in FIG. 2 taken along lines A-A' and B-B', respectively.
12 is an N-type silicon wafer, and P well 11
TR3 and TR4 are formed in the areas where there is no P well, and TR1 and TR2 are formed in areas where there is no P well. 13 is a field oxide film.
以上述べたような基本セルをシリコンチツプ上
に作成するには従来の相補型MOSトランジスタ
集積回路作成工程を利用すればよい。 In order to fabricate the basic cell as described above on a silicon chip, a conventional process for fabricating a complementary MOS transistor integrated circuit may be used.
この基本セルを用いると、金属配線層の接続レ
イアウトを変更するだけで、所望の論理回路を作
ることができる。次に上記基本セルを用いて、論
理否定和(NOR)回路とクロツクドレインバー
ターならびに、スタテイツク型遅延フリツプフロ
ツプ(DFF)回路を構成した実施例について述
べる。尚、便宜上、ゲート電極には、不純物を拡
散した多結晶シリコン、金属配線層にはAlを用
いたシリコンゲートMOSトランジスタの場合に
ついて述べる。第4図は、NOR回路の等価回路
図であり、第5図はそのパターンレイアウト図で
ある。第5図において、セルパターン上に引いた
実線は第1層Al配線を示し、破線は、第1層Al
配線層の上に層間絶縁膜を介して配置される第2
層Al配線を示している。×印は、第1層Al配線と
多結晶シリコンで作成されたゲート電極もしく
は、不純物拡散層とオーミツク接続をとるコンタ
クトホールの位置を示し、〇印は第1層Al配線
と第2層Al配線とを接続するために層間絶縁膜
にあける貫通穴(スルーホール)の位置を示して
いる。多結晶シリコン電極や不純物拡散層はある
程度の電気抵抗をもつ。そのために回路の動作速
度の低下などがもたらされる。これを小さく抑え
るため、前者においては、Al配線を利用して、
電極の両端を短絡し、後者においては、コンタク
トホールを不純物拡散層の中央でとるなどの工夫
がなされている。 Using this basic cell, a desired logic circuit can be created by simply changing the connection layout of the metal wiring layer. Next, an embodiment will be described in which the basic cell described above is used to construct a logical NOR (NOR) circuit, a clock drain inverter, and a static delay flip-flop (DFF) circuit. For convenience, the case of a silicon gate MOS transistor in which impurity-diffused polycrystalline silicon is used for the gate electrode and Al is used for the metal wiring layer will be described. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the NOR circuit, and FIG. 5 is a pattern layout diagram thereof. In FIG. 5, the solid line drawn on the cell pattern indicates the first layer Al wiring, and the broken line indicates the first layer Al wiring.
A second layer disposed on the wiring layer with an interlayer insulating film interposed therebetween.
Layer Al wiring is shown. The × mark indicates the position of the contact hole that makes an ohmic connection with the first layer Al wiring and the gate electrode made of polycrystalline silicon or the impurity diffusion layer, and the ○ mark indicates the position of the first layer Al wiring and the second layer Al wiring. The figure shows the position of a through hole to be made in the interlayer insulating film to connect the two. Polycrystalline silicon electrodes and impurity diffusion layers have a certain degree of electrical resistance. This results in a reduction in the operating speed of the circuit. In order to keep this small, the former uses Al wiring,
The electrodes are short-circuited at both ends, and in the latter case, a contact hole is formed in the center of the impurity diffusion layer.
こうして、この実施例によれば1個の基本セル
を全て利用してNOR回路を構成することができ
る。 In this way, according to this embodiment, a NOR circuit can be constructed using all one basic cell.
第6図はクロツクドインバータに適用した実施
例の等価回路図、第7図はそのパターンレイアウ
ト図である。この実施例によつても、先の実施例
と同様、1個の基本セルを用いてクロツクドイン
バーターがきわめて簡単に構成できる。 FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of an embodiment applied to a clocked inverter, and FIG. 7 is a pattern layout diagram thereof. In this embodiment as well, as in the previous embodiment, a clocked inverter can be constructed extremely easily using one basic cell.
第8図はDFF回路に適用した実施例のゲート
記号による等価回路図、第9図はその詳細な等価
回路図、第10図は同じくそのパターンレイアウ
ト図である。NOR回路G11,G12およびクロツク
ドインバーターG21〜G24はそれぞれ先の実施例
で説明したように1つの基本セルを利用して構成
され、2つのインバーターG31とG32が1つの基
本セルを利用して構成される。すなわち、この実
施例では7個の基本セルが使用されているが基本
セル内のトランジスタのうち未使用のものはひと
つもなくトランジスタの利用率は100%できわめ
て効率がよい。 FIG. 8 is an equivalent circuit diagram using gate symbols of an embodiment applied to a DFF circuit, FIG. 9 is a detailed equivalent circuit diagram thereof, and FIG. 10 is a pattern layout diagram thereof. The NOR circuits G 11 and G 12 and the clocked inverters G 21 to G 24 are each constructed using one basic cell as explained in the previous embodiment, and the two inverters G 31 and G 32 are constructed using one basic cell. Constructed using basic cells. That is, although seven basic cells are used in this embodiment, there is no unused transistor in the basic cell, and the transistor utilization rate is 100%, which is extremely efficient.
なお、第10図において、左右の配線チヤンネ
ル領域の2本のAl線は基体及びP−ウエルの電
位勾配を小さくするために1基本セル毎に基板お
よびP−ウエルとオーミツクコンタクトをとるた
めに設けられたVSS電源線である。 In Fig. 10, the two Al wires in the left and right wiring channel regions are used to make ohmic contact with the substrate and P-well for each basic cell in order to reduce the potential gradient of the substrate and P-well. A V SS power line is provided.
第11図は本発明による基本セルを大規模集積
回路に適した配列で集積したチツプ(いわゆるマ
スター)の表面概略図である。図において、21
は入出力パツドを配置する領域、22は入出力パ
ツドと内部回路を接続する入出力(I/O)回路
を配置する領域、23は基本セルが配列される領
域、24は基本セルを用いた回路間を接続する配
線領域である。基本セル領域23では、1基本セ
ルあたりY方向には18本の第1層Al配線を、X
方向には3本の第1層、第2層Al配線を通すこ
とができる。従つて複数個の基本セルからなる論
理回路(先の例ではDFFなど)はほとんど全て、
基本セル領域内での配線のみで達成でき、配線領
域での配線は必要としない。このため配線領域は
論理回路どうしを接続するだけの配線チヤンネル
数を持てばよく、広い領域を必要としない。これ
は、高集積化を図るうえで有利な条件である。 FIG. 11 is a schematic surface diagram of a chip (so-called master) in which basic cells according to the present invention are integrated in an arrangement suitable for large-scale integrated circuits. In the figure, 21
2 is an area where input/output pads are placed, 22 is an area where an input/output (I/O) circuit connecting the input/output pads and internal circuits is placed, 23 is an area where basic cells are arranged, and 24 is an area where basic cells are used. This is a wiring area that connects circuits. In the basic cell area 23, 18 first layer Al wirings are placed in the Y direction per basic cell,
Three first-layer and second-layer Al wirings can be passed in this direction. Therefore, almost all logic circuits (such as DFF in the previous example) consisting of multiple basic cells,
This can be achieved only by wiring within the basic cell area, and does not require wiring in the wiring area. Therefore, the wiring area only needs to have the number of wiring channels to connect logic circuits, and does not require a large area. This is an advantageous condition for achieving high integration.
以上の例で示されるように、本発明による基本
セルは、1個もしくは複数個組み合わせて用いる
ことにより論理を構成する基本回路であるNOR、
クロツクドインバーター、フリツプフロツプ等の
諸回路が得られることから、ほとんど全ての論理
機能の実現に十分対応できるとともに、マスター
スライス方式によるゲートアレイ型の大規模集積
回路を効率よく構成するに適したセルであること
がわかる。すなわち、この基本セルを用いると、
従来のマスタースライス方式によるゲートアレイ
型の大規模集積回路に比べ集積密度が向上し、ト
ランジスターの利用率が向上することはもとよ
り、クロツクドインバータを利用した回路を容易
に実現することができる。 As shown in the above examples, the basic cells according to the present invention are NOR, which is a basic circuit that configures logic by using one or a plurality of cells in combination.
Since various circuits such as clocked inverters and flip-flops can be obtained, this cell is sufficient to realize almost all logic functions, and is suitable for efficiently constructing gate array type large-scale integrated circuits using the master slice method. It can be seen that it is. That is, using this basic cell,
Compared to the gate array type large-scale integrated circuit using the conventional master slice method, the integration density is improved, the utilization rate of transistors is improved, and a circuit using a clocked inverter can be easily realized.
更に本発明によれば、複数の基本セルを用いて
所望の論理回路を実現する配線パターンを2層構
造とすることによつて、ほぼ基本セル領域内での
配線で所望の論理回路を実現できる。したがつて
得られる複数の論理回路同士の間を接続するため
の配線領域での配線は少なくて済む。この結果、
配線領域のスペースは小さいものでよく、チツプ
面積の有効利用が図られ、大規模化した集積回路
を容易に得ることができる。 Furthermore, according to the present invention, the wiring pattern for realizing a desired logic circuit using a plurality of basic cells has a two-layer structure, so that the desired logic circuit can be realized by wiring almost within the basic cell area. . Therefore, less wiring is required in the wiring area for connecting the plurality of logic circuits obtained. As a result,
The wiring area requires only a small space, the chip area can be used effectively, and a large-scale integrated circuit can be easily obtained.
第1図は本発明による基本セルの等価回路図、
第2図はこの基本セルを実現するパターン図、第
3図a,bはそれぞれ第2図のA−A′,B−
B′断面図、第4図は論理否定和(NOR)回路に
適用した実施例の等価回路図、第5図はそのパタ
ーンレイアウト図、第6図はクロツクドインパー
ターに適用した実施例の等価回路図、第7図はそ
のパターンレイアウト図、第8図は遅延フリツプ
フロツプ(DFF)回路に適用した実施例のゲー
ト記号による等価回路図、第9図はその詳細な等
価回路図、第10図は同じくそのパターンレイア
ウト図、第11図は本発明による基本セルを大規
模集積回路に適用したチツプ表面の概略図であ
る。
TR1,TR2…PチヤンネルMOSトランジス
タ、TR3,TR4…NチヤンネルMOSトランジ
スタ。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a basic cell according to the present invention;
Fig. 2 is a pattern diagram for realizing this basic cell, and Fig. 3 a and b are respectively A-A' and B- of Fig. 2.
B' cross-sectional view, Figure 4 is an equivalent circuit diagram of an embodiment applied to a logical NOR (NOR) circuit, Figure 5 is its pattern layout diagram, and Figure 6 is an equivalent circuit diagram of an embodiment applied to a clocked inverter. The circuit diagram, Fig. 7 is its pattern layout diagram, Fig. 8 is an equivalent circuit diagram with gate symbols of an embodiment applied to a delay flip-flop (DFF) circuit, Fig. 9 is its detailed equivalent circuit diagram, and Fig. 10 is its circuit diagram. Similarly, the pattern layout diagram, FIG. 11, is a schematic diagram of the surface of a chip in which the basic cell according to the present invention is applied to a large-scale integrated circuit. TR1, TR2...P channel MOS transistor, TR3, TR4...N channel MOS transistor.
Claims (1)
らなる基本セルを複数個配列して集積し、配線パ
ターンにより所望の回路動作を実現する半導体集
積回路装置において、 前記基本セルは、ソース領域若しくはドレイン
領域の一方を共有した2個のpチヤネルMOSト
ランジスタ、およびソース領域若しくはドレイン
領域の一方を共有した2個のnチヤネルMOSト
ランジスタからなり、前記pチヤネルMOSトラ
ンジスタの一方と前記nチヤネルMOSトランジ
スタの一方はゲート電極を共有し、前記pチヤネ
ルMOSトランジスタの他方と前記nチヤネル
MOSトランジスタの他方はゲート電極が互いに
独立しており、 前記配線パターンは、ゲート電極およびソー
ス、ドレイン領域にコンタクトホールを介して接
続された第1の配線層と、この配線層にスルーホ
ールを介して接続された第2の配線層とを有す
る、 ことを特徴とする半導体集積回路装置。[Scope of Claims] 1. A semiconductor integrated circuit device in which a plurality of basic cells each consisting of a plurality of MOS transistors are arrayed and integrated on a semiconductor substrate, and a desired circuit operation is realized by a wiring pattern, wherein the basic cell is a source. Consisting of two p-channel MOS transistors that share one of their regions or drain regions, and two n-channel MOS transistors that share one of their source or drain regions, one of the p-channel MOS transistors and the n-channel MOS One of the transistors shares a gate electrode with the other of the p-channel MOS transistors and the n-channel MOS transistor.
The gate electrodes of the other MOS transistors are independent of each other, and the wiring pattern includes a first wiring layer connected to the gate electrode and the source and drain regions through contact holes, and a first wiring layer connected to this wiring layer through through holes. A semiconductor integrated circuit device comprising: a second wiring layer connected to the second wiring layer;
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JPH0475664B2 true JPH0475664B2 (en) | 1992-12-01 |
Family
ID=16020477
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP17682480A Granted JPS57100746A (en) | 1980-12-15 | 1980-12-15 | Semiconductor integrated circuit device |
Country Status (1)
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- 1980-12-15 JP JP17682480A patent/JPS57100746A/en active Granted
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