JPS59177944A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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- JPS59177944A JPS59177944A JP58053076A JP5307683A JPS59177944A JP S59177944 A JPS59177944 A JP S59177944A JP 58053076 A JP58053076 A JP 58053076A JP 5307683 A JP5307683 A JP 5307683A JP S59177944 A JPS59177944 A JP S59177944A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices 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
- H01L27/04—Devices 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
- H01L27/10—Devices 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
- H01L27/118—Masterslice integrated circuits
- H01L27/11896—Masterslice integrated circuits using combined field effect/bipolar technology
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- Power Engineering (AREA)
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体集積回路装置に係り、特に超高速なゲー
トアレイL S I (Large 5cale■nt
egration ) に好適な半導体集積回路装置
に関する。
トアレイL S I (Large 5cale■nt
egration ) に好適な半導体集積回路装置
に関する。
近年に於ける半導体技術の進歩には著しいものがある。
特にMOS (Metal Qxide Sem1−c
onductor )の進歩は顕著であり、MO8技術
の進歩により素子の微細化が進んで、多くの回路が数ミ
リ角のシリコンチップ状に集積される様になってきた。
onductor )の進歩は顕著であり、MO8技術
の進歩により素子の微細化が進んで、多くの回路が数ミ
リ角のシリコンチップ状に集積される様になってきた。
しかしながら、LSIがこの様にMO8技術によって高
集積化されてくると、多数のMO8(MO8電界効果ト
ランジスタ)で構成されている論理ブロック間の結合に
於いて、特に容量性負荷が増大し、信号伝達速度の低下
が問題となりつつある。この容量性負荷の増大は、電圧
素子であるMO8’4界効果トランジスタを多数使用す
るところに原因あり、MO8電界効果トランジスタの弱
点が表われてくる場合である。
集積化されてくると、多数のMO8(MO8電界効果ト
ランジスタ)で構成されている論理ブロック間の結合に
於いて、特に容量性負荷が増大し、信号伝達速度の低下
が問題となりつつある。この容量性負荷の増大は、電圧
素子であるMO8’4界効果トランジスタを多数使用す
るところに原因あり、MO8電界効果トランジスタの弱
点が表われてくる場合である。
上記した問題点に対し、ゲートアレイLSIでは第1図
(a)に示す通常ゲートに対しMO8電界効果トランジ
スタを第1図伽)に示す様に並列接続して実効的にMO
8電界効果トランジスタの幅を増加させ、その容量性負
荷に対する駆動力を強化する。しかしながら、大きなM
O8電界効果トランジスタではそれ自身の持つ容量性負
荷も増加する為、MO8電界効果トランジスタの大きさ
に比例した駆動力は望めないし、その大きさに比例した
領域を資すととKなる。
(a)に示す通常ゲートに対しMO8電界効果トランジ
スタを第1図伽)に示す様に並列接続して実効的にMO
8電界効果トランジスタの幅を増加させ、その容量性負
荷に対する駆動力を強化する。しかしながら、大きなM
O8電界効果トランジスタではそれ自身の持つ容量性負
荷も増加する為、MO8電界効果トランジスタの大きさ
に比例した駆動力は望めないし、その大きさに比例した
領域を資すととKなる。
すなわち、電流容量の大きいMO8電界効果トランジス
タを使うと、それ自身の出力負荷も同時に増加する為、
飛躍的な信号伝達速度効果を得ることが難しくなる。
タを使うと、それ自身の出力負荷も同時に増加する為、
飛躍的な信号伝達速度効果を得ることが難しくなる。
また、この様な信号伝達遅延の増加と、使用しているM
O8電界効果トランジスタの電流駆動能力の欠如に起因
するものである。
O8電界効果トランジスタの電流駆動能力の欠如に起因
するものである。
本発明の目的は、高速信号伝達を阻害することなく高集
積を可能とする半導体集積回路装置を提供することにあ
る。
積を可能とする半導体集積回路装置を提供することにあ
る。
上記目的を達成する本発明半導体集積回路装置の特徴と
するところは、一方の主面側に、少なくとも一つのトラ
ンジスタによって構成される基本セルを一方向に多数個
並設して基本セル列とし、該基本セル列を直角方向に複
数個並設してなる半導体チップと、該半導体チップ上に
絶縁膜を介して積層され、上記基本セル内及び上記基本
セル間を接続する配線とを具備するものに於いて、少な
くとも一つの基本セル列は、トランジスタがMO8電界
効果トランジスタであるMO8基本セルと、トランジス
タがバイポーラトランジスタであるバイポーラ基本セル
とが混在して構成されることにある。
するところは、一方の主面側に、少なくとも一つのトラ
ンジスタによって構成される基本セルを一方向に多数個
並設して基本セル列とし、該基本セル列を直角方向に複
数個並設してなる半導体チップと、該半導体チップ上に
絶縁膜を介して積層され、上記基本セル内及び上記基本
セル間を接続する配線とを具備するものに於いて、少な
くとも一つの基本セル列は、トランジスタがMO8電界
効果トランジスタであるMO8基本セルと、トランジス
タがバイポーラトランジスタであるバイポーラ基本セル
とが混在して構成されることにある。
以下本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第2図は本発明の一実施例を示すゲートアレイLSIの
構成図である。
構成図である。
半導体チップ20の一方の主面側には、基本セル列21
1〜217が列間に所定の間隔を有してX方向に並設さ
れている。とこで、各基本セル列211〜217は、M
OSアレイ21とバイポーラアレイ22.23−4.2
3−rとが交互ニ並んで構成される。
1〜217が列間に所定の間隔を有してX方向に並設さ
れている。とこで、各基本セル列211〜217は、M
OSアレイ21とバイポーラアレイ22.23−4.2
3−rとが交互ニ並んで構成される。
MOSアレイ21は、後述する様に主として少なくとも
一つのMO8電界効果トランジスタによって構成される
MO8基本セルがX方向に複数個並設されて構成される
。またバイポーラアレイ22.23−t、23−、rは
後述する様に主として少なくとも一つのバイポーラトラ
ンジスタによって構成されるバイポーラ基本セルがX方
向に少なくとも1個並設されて構成される。半導体チッ
プ20には、入出力用パッド及び入出力バッファを含む
周辺部24、主に第1層目の配線領域であるチャネル部
241〜248が設けられる。
一つのMO8電界効果トランジスタによって構成される
MO8基本セルがX方向に複数個並設されて構成される
。またバイポーラアレイ22.23−t、23−、rは
後述する様に主として少なくとも一つのバイポーラトラ
ンジスタによって構成されるバイポーラ基本セルがX方
向に少なくとも1個並設されて構成される。半導体チッ
プ20には、入出力用パッド及び入出力バッファを含む
周辺部24、主に第1層目の配線領域であるチャネル部
241〜248が設けられる。
さらに、図示はしていないが、この半導体チップ20上
に絶縁膜を介して基本セル内及び基本セル間を接続する
配線が設けられる。ここで、MOSアレイ21及びバイ
ポーラアレイ22.23−t。
に絶縁膜を介して基本セル内及び基本セル間を接続する
配線が設けられる。ここで、MOSアレイ21及びバイ
ポーラアレイ22.23−t。
23−r(斜線部)は全てX方向の第2層目配線チャネ
ルに使用できる。
ルに使用できる。
第3図は第2図に於けるMOSアレイ21の構成例を示
したもので、ソース或いはドレインを直列接続した2連
のPチャネルMO8電界効果トランジスタ31.32と
ソース或いはドレインを直列接続した2連のNチャネル
MO8電界効果トランジスタ33.34で構成されるM
O8基本セル35をX方向に6個並設して成る。従って
、第3図の場合、一つのMOSアレイ21には12個の
PチャネルMOS電界効果トランジスタと12個のNチ
ャネルM OS 電界効果トランジスタとが形成される
ことになる。尚、MOSアレイ21自体をMO8基本セ
ルとみることも可能である。
したもので、ソース或いはドレインを直列接続した2連
のPチャネルMO8電界効果トランジスタ31.32と
ソース或いはドレインを直列接続した2連のNチャネル
MO8電界効果トランジスタ33.34で構成されるM
O8基本セル35をX方向に6個並設して成る。従って
、第3図の場合、一つのMOSアレイ21には12個の
PチャネルMOS電界効果トランジスタと12個のNチ
ャネルM OS 電界効果トランジスタとが形成される
ことになる。尚、MOSアレイ21自体をMO8基本セ
ルとみることも可能である。
第4図(a)、 (b)は第2図に於いて、4個のバイ
ポーラトランジスタ及び抵抗性素子4個によって、バイ
ポーラアレイ22を構成した例を示したものである。バ
イポーラアレイ22自身をバイポーラ基本セルと見なす
こともできるし、バイポーラアレイ22が2つのバイポ
ーラ基本セル45.46によって構成されると見なすこ
とも可能である。
ポーラトランジスタ及び抵抗性素子4個によって、バイ
ポーラアレイ22を構成した例を示したものである。バ
イポーラアレイ22自身をバイポーラ基本セルと見なす
こともできるし、バイポーラアレイ22が2つのバイポ
ーラ基本セル45.46によって構成されると見なすこ
とも可能である。
バイポーラトランジスタ40.42と41.43の2組
を配置したのはバイポーラアレイ22の左右に配置され
るMOSアレイ21のいずれからもバイポーラアレイ2
2を使用できるようにする為である。ここで、バイポー
ラトランジスタ40゜41にNPN形を用いた理由は、
PNP形よシも高速にスイッチング動作できるからであ
り、原理的にはPNP形を用いても、また、PNP形と
NPN形とを混在させても良い。また、第4図(a)の
平面概略図に示す様にNPNバイポーラトランジスタ4
0.41ではコレクタ400が共通となっているが、こ
れはいずれのトランジスタもコレクタが電源(Vcc)
に接続される為、共通化してコンタクト数の削減とパタ
ーン形状の縮小化を図る。更に、NPNバイポーラトラ
ンジスタ40゜41それぞれのベース401,411!
:エミッタ402.412の間には抵抗403,413
が接続される。
を配置したのはバイポーラアレイ22の左右に配置され
るMOSアレイ21のいずれからもバイポーラアレイ2
2を使用できるようにする為である。ここで、バイポー
ラトランジスタ40゜41にNPN形を用いた理由は、
PNP形よシも高速にスイッチング動作できるからであ
り、原理的にはPNP形を用いても、また、PNP形と
NPN形とを混在させても良い。また、第4図(a)の
平面概略図に示す様にNPNバイポーラトランジスタ4
0.41ではコレクタ400が共通となっているが、こ
れはいずれのトランジスタもコレクタが電源(Vcc)
に接続される為、共通化してコンタクト数の削減とパタ
ーン形状の縮小化を図る。更に、NPNバイポーラトラ
ンジスタ40゜41それぞれのベース401,411!
:エミッタ402.412の間には抵抗403,413
が接続される。
また、NPNバイポーラトランジスタ42゜(9)
43はベース、エミッタ、コレクタの内、エミッタのみ
接地(ON+))であるが、集積回路装置内でエミッタ
共通はできない為、それぞれ独立である。
接地(ON+))であるが、集積回路装置内でエミッタ
共通はできない為、それぞれ独立である。
それぞれ、コレクタ420,430、ベース421゜4
31、エミッタ422,432、抵抗423゜433か
ら成り、抵抗423,433はそれぞれのベース・エミ
ッタ間に接続される。
31、エミッタ422,432、抵抗423゜433か
ら成り、抵抗423,433はそれぞれのベース・エミ
ッタ間に接続される。
次に、第5図を用いて上記したMOSアレイ21を構成
するMO8基本セル35及びバイポーラアレイ22を構
成するバイポーラ基本セル45を用いたB icMO8
(Bipolar−0MO8)ゲートの構成例を示す。
するMO8基本セル35及びバイポーラアレイ22を構
成するバイポーラ基本セル45を用いたB icMO8
(Bipolar−0MO8)ゲートの構成例を示す。
第5図中の点線で示した部分を第1配線及び第2配線に
よって接続して、バイポーラトランジスタ40.41で
電流駆動力を向上し、負荷依存性を減少させた超高速の
B1CMOSゲートが得られる。定常時にはバイポーラ
トランジスタ40.41のいずれか一方はオフしている
ので、MO8基本セル35のCMO8構造と同様に、入
力信号が変化しない限り電力消費はない。従って、低消
費電力構造となる。本例はインバータの例で(10) あるが、NANDやNOR等のゲートについてもMOS
アレイ21の配線構成が変わるだけでバイポーラアレイ
を構成するバイポーラ基本セル45の配線の構成は変わ
らない。
よって接続して、バイポーラトランジスタ40.41で
電流駆動力を向上し、負荷依存性を減少させた超高速の
B1CMOSゲートが得られる。定常時にはバイポーラ
トランジスタ40.41のいずれか一方はオフしている
ので、MO8基本セル35のCMO8構造と同様に、入
力信号が変化しない限り電力消費はない。従って、低消
費電力構造となる。本例はインバータの例で(10) あるが、NANDやNOR等のゲートについてもMOS
アレイ21の配線構成が変わるだけでバイポーラアレイ
を構成するバイポーラ基本セル45の配線の構成は変わ
らない。
第6図には第3図、第4図、第5図で示したMO8基本
セル35、バイポーラアレイ22の実際に半導体集積回
路装置内に実装される場合の平面パターンの一例を示し
たものである。MOSアレイ21を構成する基本セル3
5は0MO8構造とし、バイポーラアレイ22はバイポ
ーラトランジスタ40.41のコレクタ400を共通と
して電源(Vcc )に接続され、バイポーラトランジ
スタ42.43のエミッタ422,423はそれぞれ接
地(GND)されている。また、4つのバイポーラトラ
ンジスタ40,41,42.43のベース・エミッタ間
に接続されている抵抗403゜413.423,433
それぞれは本実施例の場合、拡散層による抵抗としてい
る。抵抗については、本実施例以外にMO8電界効果ト
ランジスタや多結晶シリコン等を用いても同様のパター
ン、(11) 効果が得られる。勿論、バイポーラトランジスタ40.
41はコレクタ400を共通としたがそれぞれ独立のコ
レクタとして構成することもできる。
セル35、バイポーラアレイ22の実際に半導体集積回
路装置内に実装される場合の平面パターンの一例を示し
たものである。MOSアレイ21を構成する基本セル3
5は0MO8構造とし、バイポーラアレイ22はバイポ
ーラトランジスタ40.41のコレクタ400を共通と
して電源(Vcc )に接続され、バイポーラトランジ
スタ42.43のエミッタ422,423はそれぞれ接
地(GND)されている。また、4つのバイポーラトラ
ンジスタ40,41,42.43のベース・エミッタ間
に接続されている抵抗403゜413.423,433
それぞれは本実施例の場合、拡散層による抵抗としてい
る。抵抗については、本実施例以外にMO8電界効果ト
ランジスタや多結晶シリコン等を用いても同様のパター
ン、(11) 効果が得られる。勿論、バイポーラトランジスタ40.
41はコレクタ400を共通としたがそれぞれ独立のコ
レクタとして構成することもできる。
第6図のパターンは電源(VCC)、接地(GNn)、
各配線を第1層だけの金属(例えば、At)配線として
いるので縦方向には第2層目の金属配線が自由如通せる
ととも特徴である。尚、一つの基本セル列内のVcc
、 GN+1 各配線を第1層の配線だけで共通に使
用することも可能である。、更に、バイポーラトランジ
スタ40.41,42.43のベース・エミッタ間の抵
抗を構造上、高くとることによって抵抗403,413
,423,433は省略できる。
各配線を第1層だけの金属(例えば、At)配線として
いるので縦方向には第2層目の金属配線が自由如通せる
ととも特徴である。尚、一つの基本セル列内のVcc
、 GN+1 各配線を第1層の配線だけで共通に使
用することも可能である。、更に、バイポーラトランジ
スタ40.41,42.43のベース・エミッタ間の抵
抗を構造上、高くとることによって抵抗403,413
,423,433は省略できる。
第7図(a)〜(d)はそれぞれ第2図に於ける基本セ
ル列211〜217の左右両側に配置されるバイポーラ
アレイ23−/、、23−rの構成を示したものである
。との場合、23−t、23−rはバイポーラ基本セル
でもある。とれらのバイポーラアレイ23−1,23−
rは基本セル列211〜217の左右両端に付加される
為、それぞれ2個(12) のNPNバイポーラトランジスタ70.72及び71.
73は独立に構成される。第4図の如くコレクタ400
の共通化はない。4個のNPNバイポーラトランジスタ
70,71,72.73はそれぞれコレクタ700,7
10,720,730、ベース701,711,721
,731、エミッタ702,712,722,732か
ら成シ、とれらの各ベース・エミッタ間に抵抗703,
713゜723.733が接続される。
ル列211〜217の左右両側に配置されるバイポーラ
アレイ23−/、、23−rの構成を示したものである
。との場合、23−t、23−rはバイポーラ基本セル
でもある。とれらのバイポーラアレイ23−1,23−
rは基本セル列211〜217の左右両端に付加される
為、それぞれ2個(12) のNPNバイポーラトランジスタ70.72及び71.
73は独立に構成される。第4図の如くコレクタ400
の共通化はない。4個のNPNバイポーラトランジスタ
70,71,72.73はそれぞれコレクタ700,7
10,720,730、ベース701,711,721
,731、エミッタ702,712,722,732か
ら成シ、とれらの各ベース・エミッタ間に抵抗703,
713゜723.733が接続される。
このように基本セル列211〜217の両端にバイポー
ラアレイまたはバイポーラ基本セルを配置するのは、1
つの基本セル列から他の基本セル列への出入口となり重
い負荷が付く可能性が高いからである。
ラアレイまたはバイポーラ基本セルを配置するのは、1
つの基本セル列から他の基本セル列への出入口となり重
い負荷が付く可能性が高いからである。
以上の如く、MOSアレイ21、バイポーラアレイ22
.23−1,23−rを基本セル列211〜217に交
互に配置することによシ高速なりfCMO8ゲートを容
易に構成できる。
.23−1,23−rを基本セル列211〜217に交
互に配置することによシ高速なりfCMO8ゲートを容
易に構成できる。
また、3個のMO8基本セル35と1個のバイポーラ基
本セル45または46を1つの論理プロ(13) ツクとして考えると第2図に示した論理ブロック200
.201の2つの構成のいずれかと見ることができる。
本セル45または46を1つの論理プロ(13) ツクとして考えると第2図に示した論理ブロック200
.201の2つの構成のいずれかと見ることができる。
第8図は第2図に於ける論理ブロック200の構成を示
したもので、3つのMO8基本セル(12個のMO8電
界効果トランジスタ、N=12)と1つのバイポーラ基
本セル(2つのバイポーラトランジスタ、M=2)から
成る。第8図のパターン八と同図上のXY線に線対称に
したパターンBの2絹を右から左へと交互に配置するこ
とによって第2図のようなゲートアレイLSIのマスク
構造を作るととができる。
したもので、3つのMO8基本セル(12個のMO8電
界効果トランジスタ、N=12)と1つのバイポーラ基
本セル(2つのバイポーラトランジスタ、M=2)から
成る。第8図のパターン八と同図上のXY線に線対称に
したパターンBの2絹を右から左へと交互に配置するこ
とによって第2図のようなゲートアレイLSIのマスク
構造を作るととができる。
従って、一つのMOSアレイが偶数個のMO8基本セル
によって構成され、一つのバイポーラアレイが偶数個の
バイポーラ基本セルによって構成されることが好ましい
。パターンAとパターンBとがNPNバイポーラトラン
ジスタ80.81で接する部分では、第4図に示した如
<NPNバイポーラトランジスタ80とこれと対称なト
ランジスタとはコレクタ共通となる。
によって構成され、一つのバイポーラアレイが偶数個の
バイポーラ基本セルによって構成されることが好ましい
。パターンAとパターンBとがNPNバイポーラトラン
ジスタ80.81で接する部分では、第4図に示した如
<NPNバイポーラトランジスタ80とこれと対称なト
ランジスタとはコレクタ共通となる。
(14)
以上、本発明の一実施例になるB1CMOSゲートを容
易に構成し得るMO8基本セルとバイポーラ基本セルの
配置方法を示したが、次に第9図により、ゲートアレイ
LSIに於ける一部分でのゲートの使用例を示す。第9
図(a)が概略平面図、第9図ら)が回路図を示す。ゲ
ートアレイLSIでは配置・配線はD A (1)es
ign Automation )によって計算機処理
される為、配置・配線が行われ、各ゲートの負荷となる
配線長が算出され、ファン・アウト数との総合負荷がわ
かる。この結果と第10図に示した通常のCMOSゲー
トとB1CMOSゲートの容量性負荷〜遅延時間を示す
図から容量性負荷Cc以下であれば速度の速いCMO8
通常ゲートを、00以上であれば速度の速いB1CMO
Sゲートを選択してブロック22内のバイポーラトラン
ジスタを用いる。
易に構成し得るMO8基本セルとバイポーラ基本セルの
配置方法を示したが、次に第9図により、ゲートアレイ
LSIに於ける一部分でのゲートの使用例を示す。第9
図(a)が概略平面図、第9図ら)が回路図を示す。ゲ
ートアレイLSIでは配置・配線はD A (1)es
ign Automation )によって計算機処理
される為、配置・配線が行われ、各ゲートの負荷となる
配線長が算出され、ファン・アウト数との総合負荷がわ
かる。この結果と第10図に示した通常のCMOSゲー
トとB1CMOSゲートの容量性負荷〜遅延時間を示す
図から容量性負荷Cc以下であれば速度の速いCMO8
通常ゲートを、00以上であれば速度の速いB1CMO
Sゲートを選択してブロック22内のバイポーラトラン
ジスタを用いる。
また、あるゲートでファン・アウト数が多く、容量性負
荷がCcを越えるか、あるいは配線を含めCcを越える
確率の高いものに対しては、配置の段階でそのゲートを
バイポーラアレイ22に隣(15) 接する位置に置けばより効果的である。
荷がCcを越えるか、あるいは配線を含めCcを越える
確率の高いものに対しては、配置の段階でそのゲートを
バイポーラアレイ22に隣(15) 接する位置に置けばより効果的である。
再び第9図に戻る。本図ではBtcMosゲートとして
インバータ60.2人力NAND61.2人力N0R6
2が例として挙げられている。
インバータ60.2人力NAND61.2人力N0R6
2が例として挙げられている。
(1)BiCMOSインバータ60
通常のCMOSゲートのインバータ63.64に入力す
る信号m、nは反転され出力c、dを通常のCMOSゲ
ートで構成された7リツブ・フロップ65に入力する。
る信号m、nは反転され出力c、dを通常のCMOSゲ
ートで構成された7リツブ・フロップ65に入力する。
フリップ・フロップ65の一方の出力すがpicMos
インバータ60に入力しl−H力aを得る。このよ
うに9荷の軽いインバータ63,64、フリップ・フロ
ップ65を通常のCMOSゲートで、出力となるインバ
ータをB1CMOSゲートで構成するととによシ最小の
遅延時間が得られる。第10図に信号間の遅延時間例を
示す。信号miたはnからaまでの遅延時間Tはt、a
l + tpa2+ 1..3/である。通常のCMO
Sゲートだけで構成したものに比較して格段に高速かつ
僅かな面積増加(バイポーラトランジスタ部分)であ、
!11、CMOSゲートだけで構成したもの(16) より高速かつ小さな面積で構成できる。
インバータ60に入力しl−H力aを得る。このよ
うに9荷の軽いインバータ63,64、フリップ・フロ
ップ65を通常のCMOSゲートで、出力となるインバ
ータをB1CMOSゲートで構成するととによシ最小の
遅延時間が得られる。第10図に信号間の遅延時間例を
示す。信号miたはnからaまでの遅延時間Tはt、a
l + tpa2+ 1..3/である。通常のCMO
Sゲートだけで構成したものに比較して格段に高速かつ
僅かな面積増加(バイポーラトランジスタ部分)であ、
!11、CMOSゲートだけで構成したもの(16) より高速かつ小さな面積で構成できる。
以上に示した高速化の効果は、低負荷では通常のCMO
Sゲートの方が早く、ある負荷を越えるとB1CMOS
ゲートの方が早いという理由のためである。すなわち、
通常のCMOSゲートでは負荷依存性が高く、810M
O8ゲートでは低いからである。
Sゲートの方が早く、ある負荷を越えるとB1CMOS
ゲートの方が早いという理由のためである。すなわち、
通常のCMOSゲートでは負荷依存性が高く、810M
O8ゲートでは低いからである。
本実施例ではN=24 (N :MO8アレイ21を構
成するMO8電界効果トランジスタの数)、M=4(M
:バイポーラアレイ22を構成するバイポーラトランジ
スタの数)すなわち、2人力NAND換算で3ゲート当
り1つのバイポーラ駆動段が使用できる場合である。N
、Mの組合せは種々あシ得るが、例えばN=4、M=2
であれば1ゲー) (2NAND相当)当り1つのバイ
ポーラ駆動段が使用できることになる。
成するMO8電界効果トランジスタの数)、M=4(M
:バイポーラアレイ22を構成するバイポーラトランジ
スタの数)すなわち、2人力NAND換算で3ゲート当
り1つのバイポーラ駆動段が使用できる場合である。N
、Mの組合せは種々あシ得るが、例えばN=4、M=2
であれば1ゲー) (2NAND相当)当り1つのバイ
ポーラ駆動段が使用できることになる。
一般的にはN、Mは偶数であることが望ましい。
その理由は本実施例の如(0MO8から成るMOSアレ
イでは最小のゲートであるインバータはPMO8,NM
O8の2個のMO8電界効果トラ(17) ンジスタを費し、NAND、NOR,フリップ・フロッ
プ等もPMO8,NMO8の2個をペアとしてこの何倍
かで構成されるからである。また、バイポーラトランジ
スタも1つのゲート(クリップ・フロップも含む)当り
2個のNPNバイポーラトランジスタを必要とするから
である。しかしながら、トランスファMO8を用いる場
合、給電にバイポーラトランジスタを単体で用いる場合
等があるのでN、Mが偶数とは限定はされない。
イでは最小のゲートであるインバータはPMO8,NM
O8の2個のMO8電界効果トラ(17) ンジスタを費し、NAND、NOR,フリップ・フロッ
プ等もPMO8,NMO8の2個をペアとしてこの何倍
かで構成されるからである。また、バイポーラトランジ
スタも1つのゲート(クリップ・フロップも含む)当り
2個のNPNバイポーラトランジスタを必要とするから
である。しかしながら、トランスファMO8を用いる場
合、給電にバイポーラトランジスタを単体で用いる場合
等があるのでN、Mが偶数とは限定はされない。
更に、NとMの関係は本実施例のインバータの如<PM
O8,NMO82個のMO8電界効果トランジスタに対
し、2個のNPNバイポーラトランジスタが当てられる
が、実際にはインバータよ、) Mos電界効果トラン
ジスタ数の多いNANDゲートや負荷の軽いゲートも多
く存在するのでN5Mが好ましい。
O8,NMO82個のMO8電界効果トランジスタに対
し、2個のNPNバイポーラトランジスタが当てられる
が、実際にはインバータよ、) Mos電界効果トラン
ジスタ数の多いNANDゲートや負荷の軽いゲートも多
く存在するのでN5Mが好ましい。
更に、N、Mは1つの半導体集積回路装置内で異なって
もよい。すなわち、第11図の如く、半導体チップ11
0の右上部111でMOSアレイ112のNが大きく、
他のMOSアレイ113で(18) はNが小さく配列されてもよい。右上部111でRAM
(RlandOm Access Memory )
、レジスタ群、シフトレジスタ等が密度高く構成でき
る。また、第12図(a)の如く半導体チップ120の
中央程Nを大きく、外側程Nを小さくする構造、あるい
は第12図(b)に示す様がその反対の構造等も使用す
る目的やCADに応じて構成し得る。
もよい。すなわち、第11図の如く、半導体チップ11
0の右上部111でMOSアレイ112のNが大きく、
他のMOSアレイ113で(18) はNが小さく配列されてもよい。右上部111でRAM
(RlandOm Access Memory )
、レジスタ群、シフトレジスタ等が密度高く構成でき
る。また、第12図(a)の如く半導体チップ120の
中央程Nを大きく、外側程Nを小さくする構造、あるい
は第12図(b)に示す様がその反対の構造等も使用す
る目的やCADに応じて構成し得る。
また、Mの数も、Nと同様に変えても良い。
23−1,23−rに隣接するMO8基本セル351を
構成するMO8電界効果トランジスタをPMO8,NM
O8の1ベアを配置し、インバーにPMO8,NMOを
1ペア133,134゜135によって構成されるMO
8基本セル351を配置した例である。他は2人力NA
ND/NOR。
構成するMO8電界効果トランジスタをPMO8,NM
O8の1ベアを配置し、インバーにPMO8,NMOを
1ペア133,134゜135によって構成されるMO
8基本セル351を配置した例である。他は2人力NA
ND/NOR。
を構成し易いPMO8,NMO8それぞれ2個ずつから
構成されるMO8基本セル35を配置して(19) いる。この様に、MOSアレイ中のMO8電界効果トラ
ンジスタの配置にはあらゆる変形例が存在する。
構成されるMO8基本セル35を配置して(19) いる。この様に、MOSアレイ中のMO8電界効果トラ
ンジスタの配置にはあらゆる変形例が存在する。
MOSアレイに関しては、更に他の変形例がある。第1
4図に示した如く、MO8電界効果トランジスタをX方
向に並べ(N個)、バイポーラトランジスタをM個付加
した構造も1つの変形例である。このような構成で、第
14図に示すようにソース或いはドレインを直列接続し
た2連の2MO8電界効果トランジスタで構成したMO
8基本セル143を複数個並設してMOSアレイ140
を構成し、ソース或いはドレインを直列接続した2連の
NMO8電界効果トランジスタで構成したMO8基本セ
ル143を複数個並設してMOSアレイ142を構成し
、それぞれNPNバイポーラトランジスタ141,14
3の組ヲベアとしてX方向に並べれば第2図〜第13図
に示した実施例と等価に扱える。この場合、2MO8電
界効果トランジスタとNMO8電界効果トランジスタと
のゲートが接続されてはいない。また、第(20) 15図に示す如く、このようなMO87レイ14o。
4図に示した如く、MO8電界効果トランジスタをX方
向に並べ(N個)、バイポーラトランジスタをM個付加
した構造も1つの変形例である。このような構成で、第
14図に示すようにソース或いはドレインを直列接続し
た2連の2MO8電界効果トランジスタで構成したMO
8基本セル143を複数個並設してMOSアレイ140
を構成し、ソース或いはドレインを直列接続した2連の
NMO8電界効果トランジスタで構成したMO8基本セ
ル143を複数個並設してMOSアレイ142を構成し
、それぞれNPNバイポーラトランジスタ141,14
3の組ヲベアとしてX方向に並べれば第2図〜第13図
に示した実施例と等価に扱える。この場合、2MO8電
界効果トランジスタとNMO8電界効果トランジスタと
のゲートが接続されてはいない。また、第(20) 15図に示す如く、このようなMO87レイ14o。
142とバイポーラアレイ141,143それぞれの組
144,145をX方向に交互に配置した基本セル列を
半導体チップ150のX方向に隙間なく並設すれば、全
面数つめのマスク構造を構成することができる。この場
合、MOsアレイ14o。
144,145をX方向に交互に配置した基本セル列を
半導体チップ150のX方向に隙間なく並設すれば、全
面数つめのマスク構造を構成することができる。この場
合、MOsアレイ14o。
142及びバイポーラアレイ141,143の間の配線
及び電源、接地に第1層目の金属配線、MO8電界効果
トランジスタだけで構成した通常のCMOSゲートやB
1CMOSゲートからの引出し及びX方向のチャネルに
第2層目の金属配線を費すことになるので、第3層目以
上の金属配線が存在するとよシ効果的である。
及び電源、接地に第1層目の金属配線、MO8電界効果
トランジスタだけで構成した通常のCMOSゲートやB
1CMOSゲートからの引出し及びX方向のチャネルに
第2層目の金属配線を費すことになるので、第3層目以
上の金属配線が存在するとよシ効果的である。
更に、第15図の変形例の1つとして第16図に示す半
導体チップ151の如く、2MOsアレイ140、NM
OSアレイ142とNPNバイポーラトランジスタ14
1,143で構成したCMOSアレイ160とNPNバ
イポーラトランジスタ群161をX方向に並べたものを
1つの論理ブロックとすると、X方向に並んだ論理ブロ
ン(21) りのNPNバイポーラトランジスタ群161の位置を上
下の論理ブロックのそれとずらすことによってX方向に
構成するB i 0MO8ゲート162だけでなく、X
方向に構成するBiC’MO8ゲート163も得られる
。
導体チップ151の如く、2MOsアレイ140、NM
OSアレイ142とNPNバイポーラトランジスタ14
1,143で構成したCMOSアレイ160とNPNバ
イポーラトランジスタ群161をX方向に並べたものを
1つの論理ブロックとすると、X方向に並んだ論理ブロ
ン(21) りのNPNバイポーラトランジスタ群161の位置を上
下の論理ブロックのそれとずらすことによってX方向に
構成するB i 0MO8ゲート162だけでなく、X
方向に構成するBiC’MO8ゲート163も得られる
。
以上記述した如く本発明に依れば、高速、高集積かつ低
消費電力の半導体集積回路装置を得ることができる。
消費電力の半導体集積回路装置を得ることができる。
第1図は従来のゲートアレイLSIにおけるパワー・ゲ
ートを示す図、第2図は本発明になるゲートアレイLS
Iのマスク構造を示す図、第3図5図は本発明になるB
1CMOSゲートの構成の一例を示す図、第6図は本発
明をゲートアレイLSIに適用した場合のパターンの一
例を示す図、第7図は論理アレイの左右両端に配置され
るNPNバイポーラトランジスタの構成を示す図、第8
図は(22) MOSアレイとNPNバイポーラトランジスタを組合せ
た単位ブロックを示す図、第9図は本発明をゲートアレ
イLSIに適用した場合の接続図、第10図は通常ゲー
トとB1CMOSゲートの負荷依存性を示す図、第11
図、第12図はMOSアレイの大きさがゲートアレイL
SI内で異なる場合を示す図、第13図はMOSアレイ
内のMO8電界効果トランジスタの配置の一例を示す図
、第14図はMOSアレイとNPNバイポーラトランジ
スタの他の組合せを示す図、第15図、第16図は全面
数つめのゲートアレイLSIのマスク構造を示す図であ
る。 21・・・MOSアレイ、22・・・バイポーラアレイ
、40.41,42.43・・・NPNバイポーラトラ
ンジスタ、403,413,423,433・・・抵(
23) %1図 (α) (芯j 第2図 フハ 第羊図 (αj (句 Vrど σ〜ρ 2 隼q図 蒲3図 男10図 第11図 11 第12図 第13図 第15図
ートを示す図、第2図は本発明になるゲートアレイLS
Iのマスク構造を示す図、第3図5図は本発明になるB
1CMOSゲートの構成の一例を示す図、第6図は本発
明をゲートアレイLSIに適用した場合のパターンの一
例を示す図、第7図は論理アレイの左右両端に配置され
るNPNバイポーラトランジスタの構成を示す図、第8
図は(22) MOSアレイとNPNバイポーラトランジスタを組合せ
た単位ブロックを示す図、第9図は本発明をゲートアレ
イLSIに適用した場合の接続図、第10図は通常ゲー
トとB1CMOSゲートの負荷依存性を示す図、第11
図、第12図はMOSアレイの大きさがゲートアレイL
SI内で異なる場合を示す図、第13図はMOSアレイ
内のMO8電界効果トランジスタの配置の一例を示す図
、第14図はMOSアレイとNPNバイポーラトランジ
スタの他の組合せを示す図、第15図、第16図は全面
数つめのゲートアレイLSIのマスク構造を示す図であ
る。 21・・・MOSアレイ、22・・・バイポーラアレイ
、40.41,42.43・・・NPNバイポーラトラ
ンジスタ、403,413,423,433・・・抵(
23) %1図 (α) (芯j 第2図 フハ 第羊図 (αj (句 Vrど σ〜ρ 2 隼q図 蒲3図 男10図 第11図 11 第12図 第13図 第15図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、一方の主面側に、少なくとも一つのトランジスタに
よって構成される基本セルを一方向に多数個並設して基
本セル列とし、該基本セル列を直角方向に複数個並設し
てなる半導体チップと、該半導体チップ上に絶縁膜を介
して積層され、上記基本セル内及び上記基本セル間を接
続する配線とを具備するものに於いて、少なくとも一つ
の基本セル列は、トランジスタがMO8電界効果トラン
ジスタであるMO8基本セルと、トランジスタがバイポ
ーラトランジスタであるバイポーラ基本セルとが混在し
て構成されることを特徴とする半導体集積回路装置。 2、特許請求の範囲第1項に於いて、上記MO8基本セ
ルが複数卸並役してMOSアレイを構成し、上記バイポ
ーラ基本セルが少なくとも一個並設してバイポーラアレ
イを構成してお杉、上目−少なくとも一つの基本セル列
は、上記MOSアレイと上記バイポーラアレイとが混在
して構成されることを特徴とする半導体集積回路装置。 3、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、上記
基本セル列の両端の基本セルはバイポーラ基本セルであ
るととを特徴とする半導体集積回路装置。 4、特許請求の範囲第2項に於いて、一つのMOSアレ
イは偶数個のMO8基本セルによって構成され、一つの
バイポーラアレイは偶数個のバイポーラ基本セルによっ
て構成されることを特徴とする半導体集積回路装置。 5、特許請求の範囲第2項に於いて、一つ17)MOS
アレイは偶数個のMO8電界効果トランジスタによって
構成されることを特徴とする半導体集積回路装置。 6、特許請求の範囲第2項に於いて、一つのバイポーラ
アレイは偶数個のバイポーラトランジスタによって構成
されるととを特徴とする半導体集積回路装置。 7、特許請求の範囲第2項に於いて、一つのMO8アレ
イはN個のMO8電界効果トランジスタによって構成さ
れ、該MOSアレイに隣接するバイポーラアレイはM個
のバイポーラトランジスタによって構成され、N≧Mを
満足することを特徴とする半導体集積回路装置。 8、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、隣接
するバイポーラ基本セルを構成するバイポーラトランジ
スタのうち少なくとも2つのバイポーラトランジスタの
コレクタが共通に形成されるととを特徴とする半導体集
積回路装置。 9、特許請求の範囲第1項または第2項に於いて、上記
MO8基本セルは、ソース或いはドレインを直列接続し
た2連のPチャネル形MO8電界効果トランジスタと、
ソース或いはドレインを直列接続した2連のNチャネル
形MO8電界効果トランジスタとを相対配置して構成す
るととを特徴とする半導体集積回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58053076A JPS59177944A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | 半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58053076A JPS59177944A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | 半導体集積回路装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59177944A true JPS59177944A (ja) | 1984-10-08 |
JPH0578190B2 JPH0578190B2 (ja) | 1993-10-28 |
Family
ID=12932710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58053076A Granted JPS59177944A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | 半導体集積回路装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59177944A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6035532A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-23 | Fujitsu Ltd | マスタスライス集積回路装置 |
JPS62189739A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-19 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置 |
JPS62281443A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-07 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置 |
JPS63114418A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置 |
JPH021165A (ja) * | 1987-11-19 | 1990-01-05 | Exar Corp | プログラマブル半導体セル構成体 |
JPH02172256A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-07-03 | Nec Corp | 論理回路 |
JPH02290070A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体集積回路 |
JPH03246968A (ja) * | 1990-02-26 | 1991-11-05 | Toshiba Corp | 半導体集積回路 |
US5066996A (en) * | 1988-02-19 | 1991-11-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Channelless gate array with a shared bipolar transistor |
-
1983
- 1983-03-28 JP JP58053076A patent/JPS59177944A/ja active Granted
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6035532A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-23 | Fujitsu Ltd | マスタスライス集積回路装置 |
JPS62189739A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-19 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置 |
JPS62281443A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-07 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置 |
JPS63114418A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置 |
JPH021165A (ja) * | 1987-11-19 | 1990-01-05 | Exar Corp | プログラマブル半導体セル構成体 |
US5066996A (en) * | 1988-02-19 | 1991-11-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Channelless gate array with a shared bipolar transistor |
JPH02172256A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-07-03 | Nec Corp | 論理回路 |
JPH02290070A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体集積回路 |
JPH03246968A (ja) * | 1990-02-26 | 1991-11-05 | Toshiba Corp | 半導体集積回路 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0578190B2 (ja) | 1993-10-28 |
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