JPH11238850A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH11238850A
JPH11238850A JP10037391A JP3739198A JPH11238850A JP H11238850 A JPH11238850 A JP H11238850A JP 10037391 A JP10037391 A JP 10037391A JP 3739198 A JP3739198 A JP 3739198A JP H11238850 A JPH11238850 A JP H11238850A
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JP
Japan
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flip
cell
flop
dedicated
integrated circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP10037391A
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English (en)
Inventor
Norihide Kurashima
島 典 秀 倉
Shigeyuki Mannaka
中 重 之 真
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリップフロップを多く含む回路であって
も、消費電力やゲート数をそれほど増やさずに半導体基
板上に形成できる半導体集積回路を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体集積回路は、複数のトラ
ンジスタからなる基本セル1と、外部とのインターフェ
ース用のI/Oセル領域2と、フリップフロップ用に最
適化された専用セル3とを有する。基本セル1とI/O
セル2の構造は従来のゲートアレイと同じである。専用
セル3は、例えば、消費電力とゲート数が最小になるよ
うな構造を有し、専用セル3内には、例えば、セット・
リセット端子付きのフリップフロップ11が形成され
る。論理回路中のフリップフロップ11を優先的に専用
セル3に割り付けることにより、消費電力とゲート数の
低減が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基本セルがアレイ
上に形成されたゲートアレイ等の半導体集積回路に関
し、特に、フリップフロップを形成可能なセルを有する
半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のゲートアレイは、図9(a)に示
すように、同一構造の基本セル1がアレイ状に形成され
たコア領域4と、コア領域4の周囲に形成されたI/O
セル領域2とを有する。図9のような構造はマスタスラ
イス構造とも呼ばれる。
【0003】ゲートアレイ上に形成される論理回路は、
タイミング的な不具合が生じないように、同期回路構成
にすることが多い。このため、フリップフロップの使用
頻度が高くなる傾向にあり、全回路中の1/2〜1/3
の回路素子をフリップフロップが占めるようになってき
た。
【0004】従来のゲートアレイは、図9に示すよう
に、同一構造の基本セル1を一面に敷き詰めた構造を有
するため、これら基本セル1を複数用いてフリップフロ
ップを形成していた。例えば、図9(b)は7個の基本
セル1を用いてフリップフロップ11′を形成した例を
示す。
【0005】図9(b)に示すように、フリップフロッ
プ11′を1個形成するのにかなりの数の基本セル1を
消費するため、ゲートアレイ上に構成される論理回路に
多数のフリップフロップが含まれる場合には、チップサ
イズを大きくせざるを得なかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チップ
サイズが大きくなるほど、チップの消費電力が増えると
いう問題がある。特に、フリップフロップはクロックに
同期して動作するため、他の回路素子(例えば、ゲート
やインバータ)よりも消費電力が多く、さらに、最近は
クロックが高速化する傾向にあるため、クロックライン
における消費電力の増大が大きな問題となってきた。
【0007】また、チップサイズが大きくなるほど、配
線の引き回し量も増えるため、信号の伝搬遅延時間が大
きくなり、電気的特性が低下してしまう。さらには、チ
ップサイズが大きくなるほど、歩留まりが悪くなり、製
造コストも高くなる。
【0008】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、フリップフロップを多く含む
ような回路であっても、消費電力やゲート数をそれほど
増やさずに半導体基板上に形成できる半導体集積回路を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1の発明は、半導体基板上に、複数のト
ランジスタを有する基本セルをアレイ上に形成し、これ
ら基本セルに対して選択的に配線処理を行えるようにし
た半導体集積回路において、前記基本セルとは別個に、
フリップフリップ用に最適化された専用セルを前記半導
体基板上に少なくとも1つ形成するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体集積回
路について、図面を参照しながら具体的に説明する。以
下に説明する半導体集積回路は、ゲートアレイあるいは
マスタスライスと呼ばれるものである。
【0011】図1は一実施形態のゲートアレイのセル構
造を示す図である。図1のゲートアレイは、複数のトラ
ンジスタからなる基本セル1がアレイ状に形成されたコ
ア領域4と、外部とのインターフェース用のI/Oセル
領域2と、フリップフロップ用に最適化された専用セル
3とを有する。基本セル1とI/Oセル2の構造は従来
のゲートアレイと同じであり、例えば基本セル1は図2
のような構造を有する。
【0012】図2に示すように、基本セル1は、PMO
SトランジスタQ1,Q2とNMOSトランジスタQ
3,Q4とで構成され、PMOSトランジスタQ1,Q
2はソース領域とドレイン領域を共有化しており、同様
に、NMOSトランジスタQ3,Q4もソース領域とド
レイン領域を共有化している。
【0013】図3(a)は図1に示した専用セル3周辺
の概略レイアウト図、図3(b)は専用セル3のブロッ
ク図、図3(c)はその詳細回路図である。専用セル3
内には、図3(b)に示すようにセット端子SDおよび
リセット端子CD付きのフリップフロップ11が形成さ
れる。このフリップフロップ11は、図3(c)に示す
ように、NANDゲートG1〜G4と、トランスファゲ
ートTG1〜TG4と、インバータINV1〜INV5
とで構成される。
【0014】図1の専用セル3内のフリップフロップ1
1は、消費電力と素子面積が最小になるように最適化さ
れており、各専用セル3は、図3(a)に示すように、
基本セル1の三個分のサイズを有する。なお、図3
(a)は一例であり、専用セル3のサイズは、基本セル
1の三個分とは限らない。図3(a)は、縦方向に隣接
して形成された複数の専用セル3のうち、中央の専用セ
ル3を実際にフリップフロップ11として利用する例を
示している。
【0015】図4は図3(c)のフリップフロップ11
の動作タイミング図であり、以下、図4を用いて、図3
(c)のフリップフロップ11の動作を説明する。な
お、図3,4で記号の上にバーを付けた信号を、本明細
書中では、記号の後に「バー」という文字を付けて表
す。
【0016】初期状態として、インバータINV4の出
力である正転出力端子Qはローレベル、インバータIN
V5の出力である反転出力端子Qバーはハイレベル、デ
ータ入力端子Dはローレベル、クロック端子CPはロー
レベル、セット端子SDおよびリセット端子CDはハイ
レベルとする。
【0017】図4の時刻T1より前は、トランスファゲ
ートTG1が導通状態で、トランスファゲートTG2,
TG3が非導通状態であり、トランスファゲートTG1
の出力であるa点はハイレベルになり、トランスファゲ
ートTG3の出力であるc点はローレベルになる。
【0018】時刻T1になると、クロックCPがハイレ
ベルになるため、トランスファゲートTG1は遮断状態
になり、a点は、データ入力端子Dの論理にかかわら
ず、時刻T1の直前の論理(ハイレベル)を保持する。
また、トランスファゲートTG2,TG3は導通状態に
なる。
【0019】時刻T2になると、データ入力端子Dがハ
イレベルになるが、この時点ではトランスファゲートT
G1は非導通状態のため、a点の論理はハイレベルのま
ま変化しない。
【0020】時刻T3になると、クロック端子CPがロ
ーレベルになり、トランスファゲートTG1は導通状態
になり、トランスファゲートTG2,TG3は非導通状
態になる。この時点では、データ入力端子Dはハイレベ
ルであるため、a点はローレベルに、b点はハイレベル
になる。
【0021】時刻T4になると、データ入力端子Dはロ
ーレベルになり、a点はハイレベルに、b点はローレベ
ルになる。時刻T5になると、データ入力端子Dはハイ
レベルになり、a点はローレベルに、b点はハイレベル
になる。
【0022】時刻T6になると、クロック端子CPがハ
イレベルになり、トランスファゲートTG1は非導通状
態に、トランスファゲートTG2,TG3は導通状態に
なる。したがって、c点はハイレベルに、d点はローレ
ベルに、正転出力端子Qはハイレベルに、反転出力端子
Qバーはローレベルになる。
【0023】時刻T7になると、データ入力端子Dはロ
ーレベルになるが、トランスファゲートTG1が非導通
状態であるため、a〜d点の論理は変化しない。
【0024】図3に示した専用セル3は、例えば図3
(c)の構成のフリップフロップ11を形成可能な基本
セル構造を有する。その際、フリップフロップ11の消
費電力やセル数がなるべく少なくなるようにレイアウト
パターンを形成する。また、フリップフロップ11の動
作速度がなるべく速くなるようなレイアウトパターンを
形成してもよい。
【0025】ところで、一般の論理回路で使用されるフ
リップフロップ11には複数のタイプがあり、例えば、
図3の他に、図5(a)のようなセット端子を持たない
フリップフロップ11aや、リセット端子を持たないフ
リップフロップもある。図5(a)のフリップフロップ
11aは、図5(b)の回路で構成されるため、図3
(c)のフリップフロップ11内の点線部分だけを利用
することで、容易に構成することができる。すなわち、
専用セル3を用いて各種のフリップフロップ11を構成
することができる。
【0026】図6は、図1に示したフリップフロップに
最適化された専用セル3の一例を示すレイアウト図であ
る。また、図7は、図6に示す専用セル3を用いて図3
(c)のフリップフロップ11を構成した例を示すレイ
アウト図である。図7の黒色で示した部分が配線部分に
対応する。
【0027】なお、フリップフロップ11に最適化され
た専用セル3をチップ上のどこに形成するかは、ゲート
アレイ上に構成される論理回路に応じて決めればよい。
例えば、図8はチップ上の四隅付近に、上述した専用セ
ル3を複数ずつ形成した例を示す図である。一般的な論
理回路では、回路の入力段や出力段で入出力信号をクロ
ックに同期化することが多いため、図1のようなフリッ
プフロップ11に最適化された専用セル3をチップの四
隅に形成すれば、配線遅延時間を短くできる。このよう
に、本実施形態のゲートアレイは、フリップフロップ1
1に最適化された専用セル3をチップ上に形成するよう
にしたため、多数のフリップフロップ11を有する論理
回路をゲートアレイ上に構成する場合であっても、消費
電力がそれほど増えなくなる。特に、従来問題となった
クロックラインでの消費電力を大幅に低減できる。
【0028】また、フリップフロップ11に最適化され
た専用セル3を形成すれば、従来のように基本セル1を
用いてフリップフロップ11を形成する場合に比べて、
ゲート数(必要なコア面積)を削減でき、チップサイズ
を小型化できる。
【0029】また、ゲート数や消費電力だけでなく、動
作速度を考慮に入れて専用セル3を形成することもで
き、基本セル1の構造を変更せずに論理回路の動作速度
を向上できる。さらに、チップ上に形成される専用セル
3の個数や専用セル3の形成箇所を使用目的に応じて設
定することにより、配線遅延量やノイズの低減が図れ
る。
【0030】ところで、チップ上に形成された専用セル
3の数よりも、ゲートアレイ上に構成される論理回路内
のフリップフロップ11の数が多い場合には、すべての
専用セル3をフリップフロップ11用に用い、足りない
分は基本セル1を用いてフリップフロップ11を形成す
ればよい。
【0031】また、1個の専用セル3内に、フリップフ
ロップ11を1つだけ形成するのではなく、複数個のフ
リップフロップ11を形成してもよい。また、それぞれ
異なる種類のフリップフロップ11に対して最適化され
た複数種類の専用セル3を設けてもよい。
【0032】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、フリップフロップ用に最適化された専用セルを半
導体基板上に形成するため、多数のフリップフロップを
含む論理回路を半導体基板上に形成する場合であって
も、消費電力がそれほど増えず、また、チップ面積もそ
れほど大きくならない。特に、従来問題となったクロッ
クラインにおける消費電力を低減でき、チップサイズの
さらなる大型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態のゲートアレイのセル構造を示す
図。
【図2】基本セルの構造を示す図。
【図3】(a)は専用セル周辺の概略レイアウト図、
(b)は専用セルのブロック図、(c)はその詳細回路
図。
【図4】図3(c)のフリップフロップの動作タイミン
グ図。
【図5】セット端子を持たないフリップフロップを説明
する図。
【図6】図1に示したフリップフロップに最適化された
専用セルの一例を示すレイアウト図。
【図7】図6に示す専用セルを用いて図3(c)のフリ
ップフロップを構成した例を示すレイアウト図。
【図8】チップ上の四隅に専用セルを形成した例を示す
図。
【図9】従来のゲートアレイの構造を示す図。
【符号の説明】
1 基本セル 2 I/Oセル領域 3 専用セル 4 コア領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、複数のトランジスタを有
    する基本セルをアレイ上に形成し、 これら基本セルに対して選択的に配線処理を行えるよう
    にした半導体集積回路において、 前記基本セルとは別個に、フリップフリップ用に最適化
    された専用セルを前記半導体基板上に少なくとも1つ形
    成したことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】前記専用セルは、消費電力を考慮に入れて
    形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体集
    積回路。
  3. 【請求項3】前記専用セルは、セル数を考慮に入れて形
    成されることを特徴とする請求項1または2に記載の半
    導体集積回路。
  4. 【請求項4】前記専用セルは、動作速度を考慮に入れて
    形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに
    記載の半導体集積回路。
  5. 【請求項5】前記半導体基板上に論理回路を形成する
    際、前記論理回路中に含まれる少なくとも一部のフリッ
    プフロップは、前記専用セルを用いて形成されることを
    特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体集積
    回路。
JP10037391A 1998-02-19 1998-02-19 半導体集積回路 Pending JPH11238850A (ja)

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