JPS6025251A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6025251A
JPS6025251A JP58133901A JP13390183A JPS6025251A JP S6025251 A JPS6025251 A JP S6025251A JP 58133901 A JP58133901 A JP 58133901A JP 13390183 A JP13390183 A JP 13390183A JP S6025251 A JPS6025251 A JP S6025251A
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cell
bit
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和広 坂下
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体集積回路装置に関し、特にたどえば
マスタスライス方式のゲートアレイ形半導体集積回路装
置(ゲートアレイLSI)に関する。
ゲートアレイLSIはマスクスライス方式の製造プロセ
ス、各種CADツールの採用により・、少量多品種生産
向けの論理L’S I設計方式として−般に知られてお
り、近年の半導体技術の進歩に伴い収容ゲート数も増加
の一途をたどっている。
ところで、収容する回路規模が増加するに伴い、ランダ
ムロジックだけの論理回路が少なくなり、メモリ回路を
内蔵したゲートアレイLS、Iの開発が強く望まれてい
る。
現在まで梵表のあったメモリ回路内蔵のゲートアレイL
SIのチップ構成の一例を第1図に示ず。
図において、ゲートアレイSLIチップ1上には、メモ
リ専用領域2、ランダムロジックを構成するための内部
ゲート領域3、入力、出力および人出カバッファ領wc
(以下バッファ領域と称す)4が形成される。
周知の−ようにグー1−アレイLSIは予めトランジス
タを形成する拡散工程(マスタ工程)まで作成しておき
、それ以後の配線工程(スライス工程)で異なるマスク
パターンを用いることにより同一のマスタチップを用い
て異なる論理LSIを実現できるようになっている。
w41図の従来例においては、内部ゲート領域3の配線
を変更することに゛より、各種の論理回路を実現可能に
なっている。また、メモリ専用領域2゜内部ゲート領域
3.バッファ領域4の相互の配線も変更することが可能
である。このように配線工程を変更することでメモリ回
路を含んだ各種の論理回路が実現できるように構成され
ている。
従来の装置は以上のように構成されていたので、メモリ
回路を含む論理回路を実現するためにはメモリ専用に設
計されたメモリ専用領域を予めマスタチップに設置する
必要がある。また、メモリ回路を用いない論理回路を実
現する場合には、このメモリ専用領域をほかに転用でき
ずチップの有効利用率が低下し、チップのコストの増大
を招くという欠点があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、予めマスタチッ
プにメモリ専用領域を設けることなく、配線工程におい
て基本セルに配線を施すことにより任意の領域にメモリ
領域を実現できるような半導体集積回路装置提供するこ
とである。
この発明は、要約すれば、半導体基板上に設けられた複
数個のトランジスタからなる基本セルを並べてなるセル
列ブロックを配線領域を間に挾んで複数段並べたm造を
有するゲートアレイチップ上に、基本セルを適宜に配線
することににってメモリセルと入出力制御回路と選択回
路を有するメモリ回路を形成し、そして、上記メモリセ
ルは1ビツト×Nワード〈Nは2以上の整数)のサブメ
モリブロックを1単位として構成し、各サブメモリブロ
ックはそれぞれが同一のセル列ブロック内に配置される
ように構成し、かつ各サブメモリブロック内のビットラ
インをセル列ブロック内の基本セルの配列方向に沿って
形成するようにしたものである。
この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は、図
面を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかと
なろう。
第1図ないし第8図はこの発明の一実施例を示1図であ
る。まず、これら第1図ないし第8図を参照して、CM
OSゲートアレイLSIにスタティック型ランダムアク
セスメモリを構成した場合の実施例を説明する。なお、
以下の各図において同一参照番号は同一または相当部分
を示す。
第2図はこの実施例が適用されるゲートアレイLSIの
マスタチップ構成を示す図である。図において、ゲート
アレイLSIのマスタチップ11上には、その周辺部に
、4つのバッファ領域4が形成される。このバッファ領
域4で囲まれる領域内には、内部ゲート領域3が形成さ
れる。この内部ゲート領域3には、帯状の複数本のセル
列ブロック30,30.・・・が間隔をおいて配置され
る。
各セル列ブロック30の間の領域は、配線領域5゜5、
・・・どなる。各セル列ブロック30には、後述するよ
うに、トランジスタなどの回路素子が規則的に配列され
ている。これらの回路素子に対して配線を形成すること
によって、たとえば様々な論理ゲートが構成される。こ
のようにして構成された論理ゲートの入力および出力は
、配線領域5における配線を通じてそれぞれ適当に接続
される。
このようにして特定の動作を行なう回路が作られる。
第3図は第1図に示すセル列ブロック3oに形成される
基本セルの一例の構成を示ず平面図である。この基本セ
ルは、Pチ17ネル型MOsトランジスタ(F) M 
OS T )のゲートを構成する多結晶シリコン層(以
下ポリシリコンFB’)301a〜301 dど、Nチ
ャネル型Mo5t〜ランシスタ(NM OS T )の
ゲートを構成するポリシリコン層302a〜302dと
、PMO8Tのソース・ドレインを構成するP型拡散領
域303a〜303eと、N M OS 1−のソース
・ドレインを構成するN型拡散領域304a〜304e
と、P型基板上に構成されたNウェル拡散領域305と
を含む。
第4図は第3図に示す線IV−rVに沿う断面図である
。図において、P型の半導体基板9上には、前述のポリ
シリコン層301a〜301d 、P型拡散領域303
a〜303eが形成されるとともに、8102で構成さ
れた厚いフィールド絶縁膜6と、第1の層間絶縁膜7と
、薄い酸化膜で構成されたゲート絶縁1118とが形成
される。第1の層間絶縁膜8は、ポリシリコン層301
8〜301dとその上の配線層を電気的に絶縁するため
のものである。ゲート絶縁膜8は、ゲートとチャネル領
域を電気的に絶縁するためのものである。
−第5図は第3図に示すaV−Vに沿う断面図である。
この第5図の断面構造は前述の第4図の断面構造とほぼ
同様であるため、その詳細な説明は省略する。なお、第
5図では、第4図に示すようなNウェル拡散領域305
が設けられていない。
これは、半導体基板9はP型でありかつ、第5図がPM
O8Tの断面構造を示しているからである。
第6図はこの実施例で用いるメモリセルのトランジスタ
回路の一例を示1回路図である。図において、このトラ
ンジスタ回路は、PMO8T401bおよび4010と
、NMO8T402a〜402dと、データ端子406
aおよび406bと、メモリセル選択端子407とを含
む。PMO8T401Cおよび401b 、NMO8T
402cお−よび402bによってCMOSインバータ
による双安定回路が形成されている。N M OS T
 402aおよび402dは、双安定回路のデータが保
持されてる端子(保持端子)とデータ端子406aおよ
び406bを互いに接続または遮断する通過ゲートスイ
ッチである。すなわち、メ[リレル選択端子407の電
位が論理的に高電位(ハイレベル〉の場合、通過ゲート
スイッチ402ad3よび402dはオンし、上述の保
持端子とf−夕端子406aおよび4.06 bを接続
する。このときメモリセルは読出しおよび書込みが可能
となる。一方、メモリセル選択端子407の電位が論理
的に低電位(ローレベル)の場合、通過ゲートスイッチ
402aおよび402dはオフ状態となり、保持端子と
データ端子406aおよび406bとを遮断する。この
とき、メモリセルは記憶したデータを保持する。
第7図は第6図に示すトランジスタ回路を第3図に示す
基本セルの上に実現してできた1ピツ[・メモリセルを
示ず平面図である。図において、基本セルには、第1お
よび第2の配IOHが臣ねられこれら第1および第2の
配線層によって種々の配線が施される。すなわち、ピッ
[−ライン306aおよび306bと、2本のアドレス
ライン307と、電源ライン310と、接地ライン31
1とが形成される。なお、ビットライン306aJ5よ
び306bと、電源ライン310と、接地ライン311
とは、第1の配線層による配線である。また、アドレス
ライン307は第2の配線層ににる配線である。ざらに
、基本セルには、2本の配線308と、2本の配線30
9とが形成される。配線308は、第1の配線層による
配線であり、各MO3’lのケート・ソース・ドレイン
を接続する。また、配線309は、第1の配線層ににる
配線であり、アドレスライン307と所定のM OS 
TとのゲーI・を接続づる。各ラインおよび各配線とM
OS1−どの接続は、コンタクトホール101を形成す
ることによって行なわれる。このコンタクトボール10
1は、第1の配線層とその下のP型拡散層、N型拡散層
、またはポリシリコン層とを電気的に接続するために第
1の層間絶縁I!!8(第4図および第5図参照)にあ
けられた穴である。また、アドレス307と配線309
との接続は、スルーホール102を形成することによっ
て行なわれる。
このスルーホール102は、第1の配線層とその上の第
2の配線層とを電気的に接続づるために第2の層間絶縁
IDI(第1の配線層と第2の配線層と”を電気的に絶
縁するための絶縁Ill>にあ番プられた穴である。
第8図は第7図に示す1ピツ1〜メモリセルと周辺回路
とで構成される2ピッl−>< 4ワードのRAMの構
成を示す回路図である。図において、このRAMは、メ
モリセル選択信号生成回路(アドレスデコーダ)4′1
と、2つのサブメモリブロック42とで構成される。メ
モリセル選択信号生成回路41は、2つのインバータ5
0aおにび50bと、4つのANDゲート51a−51
dとを含んで構成される。アドレス信号入力端j′/\
OおよびA1には、サブメモリブロック42にお1ノる
所定のワードを選択ターるための2俯アドレス信号が与
えられる。アドレスデコー・夕41はこの)7ドレス信
号をデコードし、ANDゲート51a〜51dから所望
のメモリセルに対して選択信号を導出する。
1ビツトメモリセル40a〜40hは、第7図に示した
1ビツトメモリセルである。1ビツトメモリセル40a
と400.40bと4Of 、40Cと4.0g、40
dと4011は、それぞれ、1ワードを構成する。これ
ら2ビツト×4ワードのメモリセルば、1ビツト×4ワ
ードのサブン(モリブロックに分割さ1する。すなわち
、2つのサブメモリブロック42のうち一方のサブメモ
リブロックは1ビツトメモリセル40a〜40dを含み
、他方のサブメモリブロックは]ピッ1−メモリセル4
Qe〜40hを含む。
ここで、各サブメモリブロック42は、それぞれが同一
のセル列ブロック30(第2図参照)上に形成される。
ダなわら、1つのサブメモリブロック42が複数のセル
列ブロック30にまたがって形成されることはない。し
たがって、1ピツ1〜メモリセル40a〜40dは同一
のセル列ブロック上に形成され、同機に1ビツトメモリ
セル40e〜40hも同一のセル列ブロック上に形成さ
れる。そし支、1ビツトメモリしル40a〜40dは、
ビットごとに隣接して配置され、それぞれのメモリセル
を結ぶビットライン306aおよび306bは、各メモ
リセルの配列方向に沿って配線される。同様に、1ビツ
トメモリセル40e〜4011もヒツトごとに鼠接して
配置され、各メtすL九闇を結ぶヒツトライン306a
および306bは、各メモリセルの配列方向に沿って配
線される。好ましくは、ヒツトライン306aおよび3
06bは、第2図に示すセル列ブロック30上で配$2
δれる。しかしながら、セル列フ゛ロック30上におい
てそのような配線スペースがない場合は、配lfAm域
5において配線されてもよい。但し、この燭台もビット
・ライン306aおよび306bは各1ビツトメモリセ
ルの配列方向と平行に配線される。このような構成にす
ることによって、各サブメモリブロック42におけるビ
ットライン306aおよび306bの配線長がほぼ一定
となり、また短くなる。したがって、サブメモリブロッ
ク毎のビットラインの寄生容量が一定かつ小さくなる。
周知のように、メモリ回路では、ビットラインの寄生容
量が大きいとアクセスタイムが長くなる。また、ビット
ラインの寄生容量のばらつきが大きいとアクセスタイム
が変動し、動作が不安定になる。この実施例では、上述
のようにビットラインの寄生容量を小さくかつ一定にで
きるので、アクセスタイムを短くでき性能の安定化を図
ることができる。
各サブメモリブロック42は、さらに入出力回路および
プルアップ回路を含む。一方のサブメモリブロック42
の入出力回路はインバータ50050eおよびNMO3
Tによる通過制御トランジスタスイッヂ404aによっ
て構成される。他方のサブメモリブロック42の入出力
回路はインバータ50d、50fおよびNMO8Tによ
る通過制御トランジスタ404bによって構成される。
また、一方のサブメモリブロック42のプルアップ回路
は、PMO3T403aおよび403bによって構成さ
れ、他方のサブメモリブロック42のプルアップ回路は
PMO8T403cおよび403dによって構成される
次に、第8図に示す実施例のさらに詳細な構成および動
作について説明する。
各サブメモリブロック42に設けられたプルアップ回路
には、ビットライン306aおよび306bが接続され
る。このプルアップ回路は、データの読出時にビットラ
イン306a、および306bの寄生容量によってメモ
リセルに誤ったデータが書込まれてしまうのを防止する
ためのものである。また、一方のサブメモリブロック4
2のビットライン306bは、インバータ500を介し
てデータ出力端子Do U T Oに接続されるととも
に、通過制御トランジスタスイッチ404aおよびイン
バータ5Qeを介してデータ入力端子D+Noに接続さ
れる。同様に、他方のサブメモリブロック42のビット
ライン306bは、インバータ50dを介してデータ出
力端子DoUT1に接続されるとともに、通過制御トラ
ンジスタスイッチ404bおよびインバータ50fを介
してデータ入力端子DIN1に接続される。
また、通過制御トランジスタスイッチ404aおよび4
04bのゲート端子には、それぞれインバータ50oを
介して端子6oが接続される。この端子60には、読出
/書込制御信号が与えられる。
また、1ビツトメモリセル40aと40eとはアドレス
ライン307で接続され、そのアドレスラインの一端は
ANDゲート51aの出力端に接続される。同様に、1
ビツトメモリセル40bと4Of 、40cと40g、
40dと40h4.t、それぞれ、アドレスライン30
7で接続され、それぞれのアドレスラインの一端は、A
NDゲート51b、51c、51dの出力端に接続され
る。ここで、アドレス信号入力端子AOおよびA1に入
力される2本のアドレス信号の論理値の組合わせに対し
て、ANDゲート51a〜51dのうち1個のANDゲ
ートの出力がハイレベルとなるように、アドレスデコー
ダ41は構成される。したがって、アドレスデコーダ4
1によっていずれか1本のアドレスライン307にハイ
レベルの信号が導出され、そのアドレスラインに接続さ
れた1対の1ビツトメモリセルが選択される。すなわち
、アドレスライン307がハイレベルになると、第6図
に示す通過ゲートスイッチ402aおよび402dがオ
ン状態となり、このメモリセルの保持端子はデータ端子
406aおよび406bを介してビットライン306a
および306bに接続される。その他の1ビツトメモリ
セルの通過ゲートスイッチ402aおよび402dはオ
フ状態となり、これらのメモリセルの双安定回路とビッ
トラインは電気的に分離された状態になっている。この
ようにして、同一のビットラインには選択された1つの
メモリセルの双安定回路のみが接続されるような構造に
なっている。したがって、−選択されたメモリセルのデ
ータは、ビットラインを介してデータ出力端子Do U
 T O(またはDOUTI)に出力される。このとき
、端子6oには、ハイレベルの信号が印加されており、
通過制御トランジスタスイッチ404aおよび404b
をオフ状態にすることにより、ビットライン306bと
インバータ50eおよび50fの出力端子との間を分離
している。データ書込み時には、端子60にローレベル
の信号を与えることにより、通過制御トランジスタスイ
ッチ404a63よび404bをオン状態にして、デー
タ入力端子D+N0tjよびDINlに与えた入力信号
をビットラインに伝達し、さらに選択されている1ビツ
トメモリセルへ書込む構成になっている。以上のような
構成で、任意のメモリセルからのデータの読出および任
意のメモリセルへのデータの書込みが可能になっている
なお、上述の実施例では、2ビツト×4ワードのRAM
について説明したが、メモリの容量は、用意されている
基本セル数内に収まる範囲で任意に選択できる。
また、上述の実施例では、CMOSスタティック型ラン
ダムアクセスメモリの場合について説明したが、バイ°
ポーラ型メモリでもよく、またり−ドオンリメモリの場
合でも同様の効果を奏する。
以下に、リードオンリメモリの場合の実施例について説
明する。
第9図はこの発明の他の実施例に用いられるメモリセル
の一例である。NMO3T602は記憶装置と選択装置
を兼ねたメモリセルである。このメモリセルにおいては
、NM03丁602のゲート端子を選択端子607に接
続するか接地端子に接続するかにより、論理データのr
HJ、rLJの保持を決定している。
第10図は第3図に示す基本セル上に第9図で示づメモ
リセルを4ビット分実現した例を示す平面図である。図
において、第3図に示す基本セル上には、第2の配線層
による選択ライン507a〜507dと、第1の配線層
によるビットライン506と、第1の配線層による接地
ライン51゛1と、第1の配線層による選択端子とメモ
リセルを結ぶ配線309とが形成される。なお、ビット
ライン506は、メモリセルの配列方向に沿って配線さ
れる。そして、所定の位置に接続のためのコンタクトホ
ール101およびスルーホール102が形成されC14
ビットのメモリセルが構成される。
第11図は第10図に示すメモリセルと基本セルとスラ
イス部分の一部により構成されたROM回路を示す回路
図である。図ににおいて、この実施例では、2つのサブ
メモリブロック43を含む。
そして各サブメモリブロックには、第10図に示したよ
うなメモリセル60aおよび60bが設けられる。
以上説明したこの発明によれば、以下に説明づるような
特有の効果が奏される。
■ マスクスライス方式のゲートアレイチップ上の任意
の領域にメモリ回路を構成できるようにしたので、従来
のように予めメモリ専用領域を設けてお(必要がなく、
チップの有効利用率を向上させることができる。
■ 複数個のビットセルを1XNワードのサブメモリブ
ロックに分割し、各サブメモリブロックをそれぞれ同一
のセル列ブロック上に配置し、各サブメモリブロックに
おけるビットラインをビットセルの配列方向に沿って配
線するようにしたので、各サブメモリブロックごとのビ
ットラインの配線長さを短くかつ一定にできる。したが
って、ビットラインの寄生容量がサブメモリブロックご
とに小さくかつ一定になり、メモリ回路のアクセスタイ
ムを短くでき性能の安定化を図ることができる。
■ 上述のように、性能の安定化を図ることができるの
で、たとえばCMOSインバータによって構成されたメ
モリセルのように、動作は不安定だが7リツプ70ツブ
などに比べて素子数が少ないものをメモリセルとして用
いることができる。
したがって、素子数の少ないメモリ回路を実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のメモリ回路内蔵のゲートアレイLSIチ
ップの構成の一例を示す図である。第2図はこの実施例
が適用されるゲートアレイLSIのマスタチップ構成を
示す図である。第3図は第2図のマスタチップ上に接地
された基本セルの平面図である。第4図は第3図に示す
基本セルを線IV −IVで切断した断面図である。第
5図は第3図に示す基本セルを線v−■で切断した断面
図である。第6図はこの実施例で用いるメモリセルの回
路図である。第7図は第3図に示す基本セル上にスライ
ス部分の一部を用いて第6図に示すメモリセル回路を実
現したメモリセルの構成を示す平面図である。第8図は
第7図に示すメモリセルと基本セルとスライス部分の一
部を用いて構成したメモリ装置の一例を示1回路巣であ
る。第9図はこの考案の他の実施例で用いるリードオン
リメモリのメモリセルの回路図である。第10図は第9
図に示すメモリ回路の4ワ一ド分を第3図に示す基本セ
ル上に実現したものを示すメモリセルの平面図である。 第11図は第10図のメモリセルと基本セルとスライス
部分の一部を用いて構成したメモリ装置の回路図である
。 図において、1はゲートアレイLSIチップ、2はメモ
リ専用領域、3は内部ゲート領域、4はバッファ領域、
5は配線領域、6はフィールド絶縁膜、7は第1の層間
絶縁膜、8はゲート絶縁膜、9はP型の半導体基板、1
1はゲートアレイチツプ、30はセル列ブロック、40
a〜40hは1ビツトメモリセル、41はアドレスデコ
ーダ、42はサブメモリブロック、508〜50gはイ
ンバータ回路、518〜51dはANDゲート、101
はコンタクトホール、102はスルーホール、301a
〜301dはPMO8Tのゲートを構成するポリシリコ
ン層、302a〜302dはNMO8Tのゲートを構成
するポリシリコン層、303a〜303eはPMO3T
のソースドレインを構成するP型拡散領域、304a〜
304eはNMO3丁のソースドレインを構成するN型
拡散領域、305はNウェル拡散領域、306aおよび
306bはビットライン、307はアドレスライン、3
10は電源ライン、311は接地ライン、506はビッ
トライン、507Gおよび507dは選択ライン、51
1は接地ラインを示す。 代 理 人 大 岩 増 雄 第1図 第21・\゛1 第31′4 JUla jlJ?t) j(JZC:j○2d第4 
図 第51′A 第6「4 手続補正l)(自発) 昭和 56−1月 8日 2 発明の名称 半導体集積回路装置 :3.補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号名 称 
(601)三菱電機株式会社 代表者片山仁八部 4、代 jlll 人 fi: 所 東上j〔都千代111区丸の内二丁]」2
番3壮5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄9図面の簡単な説明の欄
および図面 (1) 明細書第3頁第9行の「SL■チップ」をrL
s Iチップ」に訂正する。 (2) 明細書第5頁第17行、同頁第18行および第
7頁第1行の「第1図」を「第2図」に訂正する。 (3) 明細書第7頁第20行および第10頁第18行
の1絶縁膜8」を「絶縁膜7」に訂正する。 (4) 明細書第8頁第10行のl”PMO3TJを[
N〜l08TJに訂正する。 (5) 明細書第3頁第9 同頁第12行、第16頁第11行、同頁鯖12行。 同頁第20行および第17頁第3行の1アドレス」を「
ワード」に訂正する。 (6) 明細書第10頁第20行の「アドレス」を「ワ
ードライン」に訂正する。 (7) 明細書第16員第7行を下記の文章に訂正する
。 記 ワードライン307で接続され、そのワード(8) 明
細書筒゛22頁第8行の「回路巣」を「回路図」に訂正
する。 (9) 明細書第23頁第13行の「アドレス」を「ワ
ード」に訂正する。 (10) 明細書第23頁第15行の[507Cおよび
507dJをr507a 〜507d Jに訂正する。 (11) 図面の第8図を別紙添付の第8図のように訂
正する。 以上

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 半導体基板上に設けられた複数個のトランジス
    タからなる基本セルを並べてなるセル列ブロックを配線
    領域を間に挾んで複数段並べた構造を有するゲートアレ
    イチップ上に、複数個の前記基本セルを用いて、複数の
    メモリセル、入出力制御回路、および該メモリセルの所
    要個数を選択する選択回路を右するメモリ回路が形成さ
    れ、前記複数のメモリセルは、1ビツト×Nワード(N
    は2以上の整数)のザブメモリブロックに分割されてお
    り、 前記各ザブメモリブロックは、それぞれが同一の前記セ
    ル列ブロック内で構成され、かつその内部のメモリセル
    間でデータの受け渡しを行なうビット・ラインが該メモ
    リセルの配列方向に沿って形成されていることを特徴と
    する半導体集積回路装置。
  2. (2) 前記サブメモリブロックは、 N個のメモリセルと、 入出力回路とを含む、特許請求の範囲第1項記載の半導
    体集積回路装置。
  3. (3) 前記ビットラインが、前記セル列ブロックの領
    域内に形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項または第2項記載の半導体集積回路装置。
  4. (4) 前記各サブメモリブロック内の配線パターンが
    同一のパターン形状をしていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の半導体
    集積回路装置。
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