JPH06140604A - マスタスライス・チップ・セル - Google Patents

マスタスライス・チップ・セル

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JPH06140604A
JPH06140604A JP33060191A JP33060191A JPH06140604A JP H06140604 A JPH06140604 A JP H06140604A JP 33060191 A JP33060191 A JP 33060191A JP 33060191 A JP33060191 A JP 33060191A JP H06140604 A JPH06140604 A JP H06140604A
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JP
Japan
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cell
logic
transistors
master slice
current switch
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Pending
Application number
JP33060191A
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English (en)
Inventor
Chet E Vicary
チェット・イー・ヴィカリィ
James P Eckhardt
ジェームズ・ピー・イエックハード
George J English
ジョージ・ジェイ・イングリッシュ
Muusedasu Menon Jaischenker
ジャイシェンカー・ムーセダス・メノン
Rocco J Robortaccio
ロコ・ジェイ・ロボータシオ
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices 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
    • H01L27/04Devices 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
    • H01L27/10Devices 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
    • H01L27/118Masterslice integrated circuits
    • H01L27/11801Masterslice integrated circuits using bipolar technology

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Abstract

(57)【要約】 【目的】チップ上の各個々のセルの論理ファミリの選択
により、チップ性能を改善したマスタスライス・チップ
のセル構造を提供する。 【構成】マスタスライス・チップ用のセルにおいて、3
つの別の論理ファミリを提供する。この論理ファミリは
電流源及びエミッタ・フォロア・トランジスタ、キャパ
シタ及びマルチタップ抵抗を含む複数のディスクリート
要素により構成され、各々は対応する接点を介してスタ
ッドに接続される。各セルを配線するための3つのチャ
ネルが規定され、差動カスコード電流スイッチ、ハーフ
電流スイッチ及び電流スイッチ・エミッタ・フォロア論
理を形成する。このセルはまた、論理ファミリ間の変換
器を形成するようにも配線され、マスタスライス・チッ
プはチップ上で3つの論理ファミリのいずれか或いは全
てを構成することができ、総合的なチップ性能を最適化
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般的にVLSIチップ
の製造において使用されるマスタスライス・チップに関
する。更に詳しくは、本発明は差動カスコード電流スイ
ッチ、ハーフ電流スイッチ、電流スイッチ・エミッタ・
フォロア論理などを含む複数の論理タイプを提供するマ
スタスライス・チップ・セルに関する。このセルは1つ
の論理タイプから別の論理タイプに変換する変換器回路
を提供する。
【0002】
【従来の技術】様々なVLSI半導体素子を生成するた
めのマスタスライス設計のアプローチが従来知られてい
る。多数の同一単位セルを構成する私有化されないマス
タスライス・チップを生成するために、第1の或いは共
通のセットの拡散マスクが使用される。各セルは原始的
な論理要素を形成するために接続される様々な回路要素
を含む。次に、第2のマスク・セットを使用することに
よりマスタスライス・チップの私有化が達成され、各セ
ル内の種々の要素を相互接続し、2つ或いはそれ以上の
セルを一緒に接続するための金属層を形成する。
【0003】当初は、1つの論理タイプだけを用いたマ
スタスライス・チップが生成された。例えば、米国特許
第4760289号では、差動カスコード電流スイッチ
(DCS)論理において多数の回路を実施するマスタス
ライス・チップを開示している。また、米国特許第47
42383号では、種々のパワー・レベルにおいて動作
する電界効果トランジスタ・アレイにより形成されるマ
スタスライス・チップのためのセルを開示している。
【0004】セル要素の密度を増加するための或いは各
セル内の素子により形成される論理要素の性能を改善す
るための努力は、2つの論理ファミリに属する要素を含
むセル或いはセル・グループを生んだ。例えば、米国特
許第4737644号では、エミッタ結合論理(EC
L)電流スイッチを使用したDSC論理要素の形成方法
を開示しており、一方、米国特許第4900954号で
は、電流モード論理(CML)とECL素子の単一領域
における結合を開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、チップ上の各個々のセルの論理ファミリの選択によ
り、チップ性能を改善したマスタスライス・チップ用の
セル構造を提供することである。本発明は3つの論理フ
ァミリと互換性のあるセル構造を提供し、また1つの論
理ファミリ・タイプから別のタイプに変換するための変
換器も提供する。
【0006】本発明の別の目的は、セル内のディスクリ
ート要素を接続する際に使用される配線経路を最適化す
るためのセル構造を提供することである。
【0007】更に本発明の別の目的は、従来のセル構造
とコスト的に同等でありながら性能を改善したセル構造
を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明におけるこれらの
及びその他の目的はマスタスライス・チップ用のセルに
より提供される。このチップは複数のトランジスタを含
み、各トランジスタはそれぞれが対応する接点に結合さ
れるベース及びエミッタを有し、少なくとも2つのトラ
ンジスタは共通のコレクタと1つのそれに対応する接点
を有する。更に同チップは複数のキャパシタ及び複数の
抵抗を有し、各抵抗は複数の抵抗値を提供するための複
数の接点を有する。配線用に接続ポイントを提供するス
タッドはトランジスタ、キャパシタ及び抵抗の対応する
接点に結合される。水平及び垂直の配線経路を定義する
複数のチャネルがセル上に配置され、選択すべきスタッ
ドを相互に接続することにより論理ファミリの論理要素
を形成する。ハーフ電流スイッチ(HCS)論理、差動
カスコード電流スイッチ(DCS)論理及び電流スイッ
チ・エミッタ・フォロア(CSEF)論理がセル内にお
いて有効に実施される。
【0009】
【実施例】図1は本発明によるセル1の実施例を示して
おり、マスタスライス・チップを形成する同一セルのア
レイ内に模写されている。セル1は長方形をしておりT
−1からT−12までの12個のトランジスタ、R−1
からR−9の9個の抵抗及びC−1とC−2の1対のキ
ャパシタで構成されている。セル1の構成要素は左ハー
フセル10と右ハーフセル20との間に等分に分割され
ており、抵抗R−2はハーフセル10及び20の両者に
共通となるように配置される。ここでハーフセル10が
ハーフセル20の境像であることが望ましい。複数の入
出力(I/O)接点がセル1の周辺を囲んでおり、また
単一の基板接点(SC)も備えられている。
【0010】トランジスタT−1からT−8は入力トラ
ンジスタであり、各トランジスタは図1に示されるよう
に垂直方向に並ぶベース、エミッタ及びコレクタを有し
ている。トランジスタT−1からT−8のベース、エミ
ッタ及びコレクタはセル1の水平軸に平行にそれぞれ配
列されている。
【0011】トランジスタT−9及びT−10はセル1
の両側に配置される電流源トランジスタであり、トラン
ジスタT−1からT−8と同様に垂直方向に配列され
る。トランジスタT−11及びT−12はエミッタ・フ
ォロア・トランジスタであり、各々はセル1の垂直軸を
境に互いに対向するベース及びエミッタを有する。トラ
ンジスタT−11及びT−12は垂直軸上に配置される
共通のコレクタを共有する。後に詳述するが、トランジ
スタT−1からT−12までのベース、エミッタ及びコ
レクタに対応するスタッドは一般的にはそれぞれ文字
B、文字E及び文字Cで表される。
【0012】抵抗R−1からR−7はセル1の水平軸に
平行に配置されるマルチタップ抵抗であり、各々は均一
な抵抗特性を有する第1の材料により形成されることが
望ましく、この第1の材料は単位面積当たり450オー
ムの抵抗特性を有することが最適である。抵抗R−8及
びR−9は主にDCS論理回路で使用される抵抗であ
り、均一な抵抗特性を有する第2の材料により形成され
ることが望ましく、この第2の材料は単位面積当たり4
000オームの抵抗特性を有することが最適である。こ
こでR−1からR−9の各マルチタップ抵抗は、配線の
際に選択される抵抗上のタップ・ポイントにより少なく
とも3つの異なる抵抗値を提供できることが望ましい。
【0013】コンデンサC−1及びC−2は逆バイアス
されるP型ポリシリコン−N型サブコレクタ結合であ
る。P型ポリシリコンはP型ベース材料上に形成され、
その後、後述する接点により覆われ、キャパシタC−1
及びC−2の分散抵抗を減少することが望ましい。
【0014】セルの相互接続配線を形成する最大3つま
での金属層のための接続ポイントはSで記述されるスタ
ッドにより提供され、上述した種々のディスクリート要
素用の接点に結合される。例えば、図1でR−8を参照
すると、S1、S2及びS3の3つのスタッドが抵抗R
−8上の3つのタップ・ポイントに接続されている。ス
タッドS1は抵抗R−8の左端直上に位置する破線で示
される接点に接続される。一方、スタッドS2及びS3
は抵抗R−8のタップ・ポイントからポリシリコン導体
チャネルによりオフセットされている。このチャネルは
セル製造行程中に従来方式によりセル内に配置される。
このようにスタッドS2及びS3をオフセットさせるこ
とにより、これらのスタッドをセル1内の配線に干渉し
ない領域に配置することが望ましい。同様なスタッドの
オフセットがセル1内の全域にわたり実施され、配線を
最適化する。これについては、更に後で詳細に述べるこ
とにする。
【0015】図2を参照すると、4つのセル1が長方形
のアレイ上に配列されており、互いに第1、第2及び第
3レベルの配線を通じて接続される。水平及び垂直チャ
ネルが規定され、これらを通じて従来方式によって金属
層を設けることにより形成される第1、第2及び第3レ
ベルの配線が達成される。水平配線チャネルは第1及び
第3レベル配線用に使用され、垂直チャネルは第2レベ
ル配線用に使用される。
【0016】3つのトータル的にクリアな水平チャネル
の内の1本は抵抗R−5及びR−7の下方に、また他の
2本はトランジスタT−1からT−8の上方に位置し、
これらは第1レベルの配線用に提供される。更に、部分
的チャネルが例えば、トランジスタT−1からT−4と
R−1との間、R−1とR−4との間、R−4とR−5
との間に提供される。同様の部分的チャネルがハーフセ
ル20上にも提供される。1つの水平チャネルがトラン
ジスタT−1からT−8のベース・スタッド上に提供さ
れ、第2レベルから第1レベルへのバイアスが直接T−
1からT−8のベース・スタッドにドロップするように
し、近接する第1レベルの水平チャネルを妨害しないよ
うにする。
【0017】第2レベルの配線は垂直チャネルにおける
電圧バスVT、VX、VEE、VCC、VR及びTST
を提供するために使用される。これらの電圧は下層の第
1レベルの配線に分配され、セル1の個々の要素に電力
を供給する。
【0018】セル1はハーフ電流スイッチ論理、差動カ
スコード電流スイッチ論理及び電流スイッチ・エミッタ
・フォロア論理ファミリにおける従来の論理要素を提供
するように構成される。セル1は論理変換器回路、すな
わちCSEF−DCS或いはDCS−CSEF論理変換
器を提供するように構成され、マスタスライス・チップ
内のセル間の論理レベルを一致させる。
【0019】図3及び図4を参照すると、DCS論理を
用いて実施される典型的な2ウェイANDゲートが模式
的に、また1対のマスタスライス・セル1のスタッド間
における配線接続形式で示されている。一方、図5及び
図6はそれぞれ従来のCSEF論理により実施される4
ウェイNORゲートの模式図及びセル1の種々のスタッ
ドへの配線接続を示している。
【0020】また、セル1の配列が従来のセル配列に勝
る利点を提供することが望まれる。例えば、トランジス
タT−1からT−8への入力はセル1のトップエッジに
近接させ、一方、トランジスタT−11及びT−12の
エミッタはセル1のボトムエッジに近接させることによ
り、セル間の総合的な配線に柔軟性をもたらすことがで
きる。
【0021】本発明に関するその他の修正及び変更は、
前述の開示及び教示から関連分野に携わる者には明らか
であろう。従って、本発明に関する特定の実施例のみが
述べられてきたが、数多くの変更が本発明の精神及び範
中を逸脱すること無く達成されるものである。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チップ上の各個々のセルの論理ファミリを選択するによ
り、チップ性能を改善したマスタスライス・チップのセ
ル構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による未配線時のマスタスライ
ス・セルの図である。
【図2】図1で示された複数のセルを含むマスタスライ
ス・チップの部分図である。
【図3】図1の1対のマスタスライス・セルにおいてD
CS論理を用いて実施された第1の論理素子の図であ
る。
【図4】図1の1対のマスタスライス・セルにおいて配
線される図3に示す回路の配線図である。
【図5】図1のマスタスライス・セルにおいてCSEF
論理を用いて実施された第2の論理素子の図である。
【図6】図1のマスタスライス・セルにおいて配線され
る図5に示す回路の配線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ピー・イエックハード アメリカ合衆国カリフォルニア州、マリエ ッタ、ノース・アルボ・トレイル 2555番 地 (72)発明者 ジョージ・ジェイ・イングリッシュ アメリカ合衆国ニューヨーク州、ポキプ シ、スチュアート・ドライブ 14番地 (72)発明者 ジャイシェンカー・ムーセダス・メノン アメリカ合衆国ニューヨーク州、ポキプ シ、ホーマー・プレイス 19番地 (72)発明者 ロコ・ジェイ・ロボータシオ アメリカ合衆国ニューヨーク州、ホープウ ェル・ジャンクション、リッジビュー・ロ ード、アール、アール (番地なし)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マスタスライス・チップ用のセルであっ
    て、前記セル内に論理ファミリの少なくとも1つの論理
    要素を構成するための複数の素子を配置し、前記論理フ
    ァミリはハーフ電流スイッチ論理、差動カスコード電流
    スイッチ論理及び電流スイッチ・エミッタ・フォロア論
    理から成るグループから選択されることを特徴とするマ
    スタスライス・チップ用のセル。
  2. 【請求項2】マスタスライス・チップ用のセルであっ
    て、 複数のトランジスタを有し、各該トランジスタのベース
    及びエミッタは対応する接点に結合され、前記トランジ
    スタの少なくとも2つは共通のコレクタと1つの対応す
    る接点を有し、 複数のキャパシタを有し、各該キャパシタは1対の対応
    するキャパシタ接点を有し、 複数の抵抗を有し、各該抵抗は複数の抵抗値を提供する
    複数の抵抗接点を有し、 前記トランジスタ、前記キャパシタ及び前記抵抗の対応
    する接点に結合される複数のスタッドを有し、 選択される前記スタッドを相互接続することにより論理
    ファミリの論理要素を形成するように配置される水平及
    び垂直の配線経路を規定する複数のチャネルを有し、前
    記論理ファミリはハーフ電流スイッチ論理、差動カスコ
    ード電流スイッチ論理及び電流スイッチ・エミッタ・フ
    ォロア論理から成るグループから選択されることを特徴
    とするマスタスライス・チップ用のセル。
  3. 【請求項3】前記トランジスタの少なくとも2つがエミ
    ッタ・フォロア・トランジスタであることを特徴とする
    請求項2記載のマスタスライス・チップ用のセル。
  4. 【請求項4】前記トランジスタの少なくとも1つが電流
    源トランジスタであることを特徴とする請求項2記載の
    マスタスライス・チップ用のセル。
  5. 【請求項5】マスタスライス・チップ用のセルであっ
    て、 複数のトランジスタを有し、各該トランジスタのベース
    及びエミッタは対応する接点に結合され、前記トランジ
    スタの少なくとも2つは共通のコレクタと1つの対応す
    る接点を有し、 複数のキャパシタを有し、各該キャパシタは1対の対応
    するキャパシタ接点を有し、 複数の抵抗を有し、各該抵抗は複数の抵抗値を提供する
    複数の抵抗接点を有し、 前記トランジスタ、前記キャパシタ及び前記抵抗の対応
    する接点に結合される複数のスタッドを有し、 選択される前記スタッドを相互接続することにより要素
    を形成するように配置される水平及び垂直の配線経路を
    規定する複数のチャネルを有し、前記要素は論理ファミ
    リの少なくとも1つの論理要素であって、前記論理ファ
    ミリはハーフ電流スイッチ論理、差動カスコード電流ス
    イッチ論理及び電流スイッチ・エミッタ・フォロア論理
    及び論理変換器回路から成るグループから選択されるこ
    とを特徴とするマスタスライス・チップ用のセル。
JP33060191A 1990-12-31 1991-12-13 マスタスライス・チップ・セル Pending JPH06140604A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US63617790A 1990-12-31 1990-12-31
US636177 1990-12-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06140604A true JPH06140604A (ja) 1994-05-20

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ID=24550773

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33060191A Pending JPH06140604A (ja) 1990-12-31 1991-12-13 マスタスライス・チップ・セル

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EP (1) EP0493989A1 (ja)
JP (1) JPH06140604A (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3577038A (en) * 1962-08-31 1971-05-04 Texas Instruments Inc Semiconductor devices
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EP0493989A1 (en) 1992-07-08

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