JPS60257542A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS60257542A
JPS60257542A JP11299684A JP11299684A JPS60257542A JP S60257542 A JPS60257542 A JP S60257542A JP 11299684 A JP11299684 A JP 11299684A JP 11299684 A JP11299684 A JP 11299684A JP S60257542 A JPS60257542 A JP S60257542A
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cell
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茂雄 久保木
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増田 郁郎
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目代 哲夫
Toshiaki Masuda
俊明 増田
Terumine Hayashi
林 照峯
Kazumi Hatakeyama
一実 畠山
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に係シ、特に面積効率の
よいマスクスライスLS I (largescale
 integrated circuit )に好適な
半導体集積回路装置に関する。
〔発明の背景〕
マスタスライスLSIとは、LSIを製造する時に用い
る10数枚のマスクのうちで配線に相当するマスクのみ
を開発品種に応じて作成して所望の電気回路動作を有す
るLSI=に製造するものである。
従来のマスタスライスLSIの構成を第4図に示す。半
導体チップ1は、その外周にボンデングバッドおよび入
出力回路領域2を持ち、内部にはトランジスタ等の機能
素子から成る基本セル3をX軸方向に多数個配列した基
本セル列4を配線領域5を挾んでy軸方向に繰返し配置
した構成を採っている。所望の電気回路動作を得るため
に、隣接した基本セル3を1個あるいは数個結線してN
ANDゲートやフリップフロップなどの論理ブ1 ロッ
クを形成する。そして複数個の基本セル3で形成した各
種論理ブロックを配置後、前記論理ブロック間を論理図
に従って結線することによって、所望のLSIを製造す
る。なお、DAシステム(Design automa
tion system)によシ、前記配置、配線は計
算機によシ自動化されている。
ところで、論理回路を含む集積回路装置においては樵々
の素子が所望の機能及び性能が得られるか否か、テスト
パターンの入力信号を外部から加えて判定しておシ、こ
れを一般に診断と呼んでいる。ここで入力テストパター
ンは内部の素子を漏れなく診断できるものが必要であシ
、総素子数の中で診断可能な素子の比率を診断率と定義
する。
したがって、この入力テストパターンを作る場合実用上
十分な診断率を、できるだけ少ないステップ数で達成す
ることが必要であるが、通常の論理集積回路装置では数
千ステップを要するのが普通である。さらに、最近の高
集積化の動きに伴い、100チ近い診断率を得るのは数
万ステップにも及び、困難になっている。
従来は、この入力テストパターンを人手で作成していた
ため膨大な作業量になっていた。特に、マスタスライス
LSIのように設計作業の大半が自動化され、設計期間
が1ケ月前段に短縮されているものでは、必然的に診断
用の入力テストパターンを作成する期間の比重が増大し
、開発期間を短縮する上での最大の障害になっている。
以上の問題点を解消するため、通常診断用の回路を論理
設計時に加えるのが行なわれている。特公昭57−31
07号公報に示されるように、内部回路のうちのフリッ
プフロップを直列に接続してシフトレジスタを構成させ
、該シフトレジスタを通して集積回路に入力信号を与え
て動作させ、その結果を該シフトレジスタによシ外部へ
取出すようにしたもの(スキャンインスキャンアウト方
式)や特開昭57−133644号公報に示されるよう
に、半導体基板の周辺に試験専用のシフトレジスタを設
け、該レジスタの各ビットへ半導体基板に搭載されたマ
スクスライスLSIの所望各部を配線により接続し、該
各部の出力状態を該レジスタへ並列入力し、それをシフ
トクロックによシ直列出力するようにしたもの等が知ら
れている。
前者の例では、シフトレジスタのクロック信号線をチッ
プ内のほとんどすべてのレジスタに共通に接続する必要
がある。また、後者の例では内部ノードから周辺配置の
レジスタに診断用配線を形成する必要がある。これらの
配線を以後、診断用配線と称することにする。
したがって、マスタスライスLSIにおいて前記診断回
路を形成する場合は、一般の論理接続用配線と診断用配
線が必要であり、配線領域5が不足する。そのため、診
断用配線を見込んだ配線領域を確保しなければならず、
チップサイズの増加を招いた。さらに、DAシステムに
よシ自動配線されるので、配線長が長くなったり、製品
LSI毎に配線長が変わるので診断用信号のスピードの
低下、変動を招き、診断時間を増加させると同時に診断
を困難にする問題点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、配線領域、チップサイズの低減が可能
な半導体集積回路装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、一方
の主表面に機能素子からなる基本セルを一方向に多数個
配設して基本セル列とし、該基本セル列を該基本セル列
と直角方向に複数個並設してなる半導体チップと、該基
本セル列を構成する総ての基本セルに跨シ、かつ、上記
基本セル列と略並行に設けられる第1及び第2の電源線
とを具備する半導体集積回路5装置に於いて、上記基本
セル列を構成する総ての基本セルに跨9、かつ上記第1
及び第2の電源線と略平行に配線を設けることにある。
本発明の好ましい実施態様では、上記配線は、上記機能
素子を診断する診断用制御信号線である。
さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記基本セル
列のうちの少なくとも一つの基本セルは、上記配線と入
力バッファ回路とを接続するドライ111i バセルを
構成する。
1′ さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記ド
ライバセルは、複数段から構成され、前段のドライバセ
ルは、異なる基本セル列の複数のドライバセルに接続さ
れる。
さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記ドライバ
セルは、上記基本セル列の一端に設けられる。
さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記基本セル
列のうちの少なくとも一つの基本セルは、上記配線と出
力バッファ回路とを接続する3ステートハツ7アセルを
構成する。
さらに、本発明の好ましい実施態様では、上記3ステー
トバツフアセルは、上記基本セル列の他端に設けられる
〔発明の実施例〕
本発明の基礎となる診断について説明する。 “本発明
は、前述の診断回路方式にも適用できるが、最も好適な
例として本発明者等が先に特願昭58−211355号
として提案した診断用ラッチ付フリップフロップを使用
した診断方式について述べる。
第5図は診断用ラッチ付Dタイプフリップフロップ10
(以下フリップフロップをFFと称す)の構成を示した
ものである。この場合はDタイプFFの例であるが、エ
ツジトリガFFやJKクイブFFなども同様な構成で実
現できる。診断用ランチ付DタイプFFl0は、主FF
部11と診断用ラッチ部12から成る。通常の論理動作
用信号すなわち、主FF部11のラッチタイミング信号
OK、入力データ信号り、Q出力データ信号Q1は、そ
れぞれ信号線13,14.15に転送される。また、診
断用ラッチ12のQ出力データ信号Q2.Q出力データ
信号互1は、それぞれ信号線16.17に転送される。
他の信号線18,19゜20.21.22は診断データ
のライト(スキャン・イン)、リード(スキャン・アウ
ト)のための診断用制御信号線である。主FF部11は
、基本的には通常OFF機能に診断用バス線22から、
独立に診断データのライト動作ができる機能をプラスし
たものである。ライト動作は診断モード信号MC+e“
Onレベルにして、通常の論理動作用信号の入力を禁止
すると同時に、ライト信号SWの′1”レベルのタイミ
ングに同期して行なわれる。診断用ラッチ部12は診断
専用のラッチ回路であり、主FF部11のQ出力データ
信号Q1をラッチタイミング信号C2の′1”レベルの
タイミングで取込み、またその取込みデータを信号線2
1上のリード信号SRに同期して診断用バス線22に送
出する機能を持つ。
第6図は第5図を具体化した0M08回路であり、第6
図と同等物、同一物には同一符号を付けである。本回路
はCMOSスイッチ100〜103、インバータ105
〜108,110,111゜2人力NANDゲート10
9、クロックドゲートインバータ104、それにNMO
SスイッチM20゜M21から成る。クロックドゲート
インバータ104は第7図にその回路を示すように、P
MO8トランジスタM22.M23、NMO8)ランジ
スタM24.M25から成る。M22とM2Sのゲート
電極は共通に接続され、信号線112に接続される。な
お、前出のものと同一物または相当物は同じ符号で示す
。ライ)Gt号SW=“1″(1W=″IO”)のとき
は、PMO8)ランジスタM23、NMO8)ランジス
タM24がともにオフとなるので、出力113はハイイ
ンピーダンスの状態となる。次に、ライト信号sw=”
o ’(SW−1n)のときはPMOSトランジスタM
23、NMO8)ランジスタM24がともにオンになる
ので出力線113の出力は信号線112上の信号レベル
のインバータ信号となる。
次に動作について説明する。診断モード信号Metが″
11″レベルのとき、2人力NANDゲ−)109の信
号線18が°′1”レベルであるので、信号φ1.φ1
はそれぞれ、ラッチタイミング信号OKと同じ論理値、
GKの反転の論理値をとる。論理式ではφ1= CK 
、φt=CKで表わされる。以後、これと同じ表記法を
便うことにする。この状態で、ライト信号sw= ” 
o ”、リード信号SR=″′0”、ラッチタイミング
信号C2f =−1mにしておくことにより、診断用ラ
ッチ付’ FFl0は通常の論理動作を行なう。信号線
15上の主FF部11のQ出力信号Q1は、CMOSス
イッチ102 (C2=″’ 1 nテh ルノテLf
i z =1、φ2=0であり、DC的にオンの状態に
なっている)、インバータ107,108’e経由して
信号線16.17から出力される。
一方、診断モード信号MCsが″′θ″レベルになると
リード、ライト動作を行なうことができる。
MC1−″′Onレベルなので2人力NANDゲート1
09の出力φlは′1”に、インバータ110の出力φ
1は10”に固定され、CMOSスイッチ100はオフ
、CMOSスイッチ101はオンになる。これは、通常
の論理入力信号を遮断したことになる。
まず、ライト動作について説明する。ライト信号SWを
一定時間11″レベルにし、これに同期して診断用バス
線22に診断データを転送する。
このとき、クロックドケートインバータ104の出力は
ハイインピーダンス状態に、NMOSスイッチM20は
オンになるので、診断データはインバータ106、CM
OSスイッチ101を介して書込まれる。
次に、リード動作は下記の手順で行なわれる。
まず、ラッチタイミング信号C2を一定時間゛′1”レ
ベルにして、診断用ラッチ部12に前段の主FF部11
のQ出力データ信号Ql’に転送し、その後でリード信
号5Re一定時間@1”レベルにしてNMOSスイッチ
M21’tオンにする。信号線17上のQ出力データイ
ぎ号Q2はNMO8スイッチM21を介して、診断バス
線22に送出される。以上の動作モードにおける真理値
表を表1に示す。
表1 診断性FFの真理値表 TD :診断バス線22上のデータ信号)OC: ”1
’または″′0″レベルのデータ信号第8図に本実施例
で用いられる分割診断方式LSIの基本構成を示す。
200.201,202は診断用ランチ付FF群、20
3,204は該FF群によって分割2分離された組合わ
せ回路群、205は複数個の入力バンファセル、206
は複数個の出力バッファセル、207は3ステート入出
力バツフアセルである。208はポンディングパッドで
ある。なお、前記FF群は通常複数個から成るが、説明
の便宜上ただ1個OFFから成るものとして診断用制御
信号線を構成しである(複数個の場合も診断用制御信号
線が増えるだけで考え方は同じである)。
信号線群209〜214は設計者の論理回路に基づく結
線であシ、その他の信号線215,216゜217はす
べて診断用である。3ステート入出力バツフア207は
第9図に示すようにクロックドゲートインバータ205
,251.反転用インバータ252,253から成る。
第9図において、前出のものと同一物、同等物は同一符
号で表わす。
クロックドゲートインバータの動作については、第7図
で説明したので、ここでは省略する。信号線216上の
ライトタイミング信号が1”レベルになると信号WRは
′1”になシ、信号WRは′0”レベルになるので、ク
ロックドインバータ250がオフ、251はオンになシ
、信号線218上の診断データ(書込みデータ)は診断
用バス線215に転送される。一方、ライトタイミング
信号が60”のときはW几=60”、 WR,=11”
となるので、クロックドゲートインバータ250がオン
、251はオフになるので、診断バス線215上の診断
データTDは信号線217に送出される。
第8図に戻って、全体の動作について説明するライトタ
イミング信号とアドレスデコーダ(図示せず)のデコー
ド出力から各FFのリード、ライト信号SW1〜SW3
.SRI〜SR3が形成される。この発生回路は図示し
てはいない。また、もう2本の診断用制御信号すなわち
、ラッチタイf ミング信号C2、診断モード信号MC
tはチップi。
上の全FFに共通に接続される。なお、診断用バス線2
i5−1〜215−3を通して診断データの同時ライト
、またはリードを行なう。本データバススキャン方式は
前記FFのライトおよびリード信号線が(FFの個数)
/(診断パス線の本数)に低減できる特徴を持つ。以上
の診断用制御信号線は、配線領域5の上で自動配線され
る。特に、信号MC’t 、Czの診断用制御信号線は
全FFに共通接続されるので、ファンアウト数が多く、
配線長も長くな9、スピードの低下、配線領域の混雑を
招く。
そこで、本実施例では基本セル内に、固定の配線を基本
セル列を構成する総ての基本セルに跨り、かつ電源線と
略平行に配置する。さらに、その固定配線のドライバセ
ル捷たはレシーバセル’を同一基本セル列内に少なくと
も1個配置する。基本セル上の論理ブロックと該配線層
との接続は、論理ブロックの配線領域に面した端子とで
はなく、基本セル上で行なわれる。本実施例では、基本
セル列毎に配線長が決まるので(ファンアウトも平均化
される)、また専用のドライバーで駆動するので診断制
御信号のスピードアップをはかることができる。また、
配線領域の面積の節約をはかれる。
前述の従来の公知例においてもC2やMCIのような共
通接続線はあシ、本実施例はその場合にも適用できる。
共通接続線に限らず、一般の診断用制御信号線にも有効
であることは明らかである。
次に本発明の実施例につき、説明する。
第1図(a)は本実施例による基本セルを示す。同図に
おいて、300は機能素子となるPMO8のドレインま
たはソース電極を形成するP“拡散領域、301は機能
素子となるNMO8のドレインまたはソース電極を形成
するN”拡散領域、302はゲート電極を形成するポリ
Si層、26は第1の電源線となる電源電位線を形成す
る一層目アルミ配線(以後AtIと記す)、27は第2
の電源線となる接地電位線を形成するAt1.301’
は基板バイアス用N+拡散領域、300′はPウェルバ
イアス用P+拡散領域である。N+領域301したがっ
てNMO8はPウェル領域(図示せず)に形成される。
本基本セルを少なくとも1個以上使用して2人力NAN
Dや診断用ランチ付FFなどの論理ブロックを形成する
。本基本セルはソースまたはドレインが接続された2連
のP M OSと3連のNMO8から構成される。30
4゜305が診断用制御信号線を形成する2本の固定配
線At1である。配線304,305及び電源電位線2
6、接地電位線27は、夫々、基本セル列4に対して略
平行に設けられる。該3連のNMO8のうち1個は小さ
いが、これは例えば診断用ラッチ付FF内で診断用バス
線との診断データのやシと、bt−行なう双方向スイッ
チ(たとえば、第6図におけるM2O,M21)として
使われる。
診断用バス線305(第6図の22に相当)との接続は
、図示のようにコンタクト孔303′を打てばよい。太
い実線306はDAシステムによって配線されるAtl
配線層を示し、この配線パターン(コンタクト孔も含む
)゛は第6図のDタイプFF論理セルのうちクロックド
インバータ104とNMO8のM20t−形成した部分
を示す。
本発明の他の基本セルの実施例を第1図(b)に示す。
第1図(a)と同等物、同一物は同一符号にて示す。こ
の場合は3連のPMO8と3連のNMOSのベアーの基
本構成に、N+領域301′とポリSi層302′で構
成される埋込みNMO8が追加されている。埋込みNM
O8は領域307で示される部分が、配線領域に突き出
ているが、領域307上は自由にT)I孔(A41と2
層目アルミ層At2とのコンタクト孔)が打てるので配
線領域として使え、基本セルサイズが小さくできる利点
がある。また、埋込みNMO8は前記と同様にM2O,
M21として使われる。この基本セルは3人力NAND
構成である。および埋込みNMOSを含むことによシ、
診断用ラッチ付FFなとの犬凰論理セルを小面積で形成
できる利点がある。なお、構成要素は第1図(a)と同
じであるので、説明を省略する。
第1図(b)の基本セルを使って第6図に示す診断用ラ
ッチ付DタイプFFの論理セルを構成した例f を第2
図に示す。基本セルはトランジスタ配置図(゛ で示し
てあシ、実線350は拡散層、破線351はポリSiゲ
ート、実線26は電源電位線、実線27は接地電位線を
示す。論理ブロックは5個の基本セル幅を有し、X印で
示されるコンタクト孔、口で示されTH孔(At1とA
t2とのコンタクト孔)、太い実線306で示されるA
t1配線、一点鎖線で示されるAt2配線の合計4枚の
配線パターンから成る。論理ブロックの端子は論理ブロ
ック境界上、配線領域5に面して配置されておシ、第6
図と同じ信号名を付けである。なお、基板とPウェルの
バイアス給電のための配線は、ここては省略する。
第3図は、本実施例のLSI全体の構成を示す概略図で
ある。前出と相当物、同一物は同一符号にて示す。
基本セル列4には、左右の両端にそれぞれ、ドライバセ
ル400.3ステートバツフア207(第9図参照)が
配置され、それらを駆動する2個のドライバセル401
,402も他の基本セル列にて配置されている。ドライ
バセル400は、 f駆動能力を上げるために基本セル
3を構成するPMO8,NMO8よりfヤネkが大きい
PMO8゜NMO8よシ構成されるCMOSインバータ
から成る。好ましくは、基本セル3を構成するPMO8
゜NMO8k複数個All配線で接続し、チャネル寸法
を複数倍にする。ドライバセル401は異なる基本セル
列4のドライバセル400−1,400−2.・・・・
・・に接続される。403は周辺の外部セル群であり、
404,405は入力バッファ回路、405は出カバソ
ファ回路でるる。208はボンディングバンドである。
また、破線305は診断用制御信号線である診断モード
信号MC1線であるが、ラッチタイミングC2の信号線
、あるいは診断用バス線のいずれかまたは、これらの組
み合わせでよく、組み合わせの場合は、診断用制御信号
線305は複数となる。なお、ドライバセル401.4
02は自動配置されても、あるいはドライバセル400
と同じように固定配置をしても良い。配線305は、図
示しない電源電位線、接地電位線と同様に、一つの基本
セル列4を構成する総ての基本セル3に跨る様に設けら
れる。ポンディングパッド208′から入力された診断
用制御信号(たとえば、診断モード信号MCI)は中間
のドライバセル401,402t”!由した後、各基本
セル列に1個ずつ配置されたドライバセル400−1〜
400−Nを駆動し、該ドライバセルは診断用制御線負
荷を駆動する。本実施例では、ドライバセル401,4
02によって入力バッファセル404の負荷を半減でき
る効果がある。中間のドライバセル401,402は2
個に限定されることはなく、負荷に応じて増加させるこ
とができる。
一方、基本セル列4の右端に設けられる3ステートバツ
フアセル207は診断用制御信号線305が診断用バス
線のときの専用入出カドライバーを形成する。診断用制
御信号線305が診断用モード信号線または、ラッチタ
イミング信号線の場合は3ステートバツフア207がな
くとも良い。動作は第8図と同じであるので説明は省略
する。リード(スキャン・アウト)データは出力バッフ
ァ回路405を、ライト(スキャン・イン)データは入
力バッファ回路406を経由して出力、入力される。こ
の場合、各基本セル列内4の診断用バス線の負荷が小さ
く、均一であるので、リードアクセス時間が早い、各診
断用バス線の診断データの速度が揃う利点がおる。
本実施例によれば、配線長が長くファンアウト数も多い
診断用配線を基本セル内に固定配置するので配線領域、
チップサイズ低減の効果、およびDAシステムによる自
動配線能力を損わないようにする効果がある。さらに、
同一基本セル列内に配置されたドライバセルで駆動する
ので、負荷の均一9分散化が可能となシ、診断信号のス
ピードを向上させるとともに、その変動を低減すること
ができる。
〔発明の効果〕
以上述べた様に、本発明によれば、配線領域。
チップサイズの低減が可能な半導体集積回路装置を得る
ことができる。
41 図面の簡単な説明 )’ 第、ニオえ、。−え□。よお、オヤ、オオす平面
図、第2図は本発明の一実施例による論理セルの結線図
、第3図は本発明の実施例の全体構成を示す回路ブロッ
ク図、第4図は従来例を示すチップ平面図、第5図は診
断用ラッチ付FFのブロック図、第6図は前記FFの回
路図、第7図は第6図を補足する回路図、第8図は分割
診断方式を示す回路構成図、第9図は第8図を補足する
回路図である。
3・・・基本セル、4・・・基本セル列、26・・・電
源電位茅10 第30 第40 蓼50 0 第4ml 第7囚 第1頁の続き 0発 明 者 増 1) 俊 明 日立市幸町3丁目社
内 0発 明 者 林 照 峯 日立市幸町3丁目所内 0発 明 者 畠 山 −実 日立市幸町3丁目所内 2番1号 日立エンジニアリング株式会1番1号 株式
会社日立製作所日立研究1番1号 株式会社日立製作所
日立研究手続補正書(方式) %式% 事件の表示 昭和59年特許願第112996 号 発明の名称 半導体果状回路装置 補正をする者 ゛1−イ4との関係 特許出願人 名 8: f5101株式会社 日 立 製 作 新名
称 日立エンジニアリング株式会社 代 理 人 居 幀〒】00)東京都千代田区丸の内−丁目5番1号
明細書の発明の名称の欄。
と訂正する。
以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一方の主表面に機能素子からなる基本セルを一方向
    に多数個配設して基本セル列とし、該基本セル列を該基
    本セル列と直角方向に複数個並設してなる半導体チップ
    と、該基本セル列を構成する総ての基本セルに跨シ、か
    つ、上記基本セル列と略並行に設けられる第1及び第2
    の電源線とを具備する半導体集積回路装置に於いて、上
    記基本セル列を構成する総ての基本セルに跨り、かつ上
    記第1及び第2の電源線と略平行に配線を設けることを
    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、上記配線は、上記
    機能素子を診断する診断用制御信号線であることを特徴
    とする半導体集積回路装置。 3、%許請求の範囲第1項に於いて、上記基本セル列の
    うちの少なくとも一つの基本セルは、上記配線と入力バ
    ッファ回路とを接続するドライバセルを構成することを
    特徴とする半導体集積回路装置。 4、%許請求の範囲第3項に於いて、上記ドライバセル
    は、複数段から構成され、前段のドライバセルは、異な
    る基本セル列の複数のドライバセルに接続されることを
    特徴とする半導体集積回路装置。 5、特許請求の範囲第3項に於いて、上記ドライバセル
    は、上記基本セル列の一端に設けら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1項に於いて、上記基本セル列の
    うちの少なくとも一つの基本セルは、上記配線と出力7
    277回路とを接続する3ステートバツフアセルを1河
    成するこ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6項に於いて、上記3ステートバ
    ツフアセルは、上記基本セル列の他端に設けられること
    を特徴とする半導体集積回路装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016208047A (ja) * 2008-03-13 2016-12-08 テラ イノヴェイションズ インコーポレイテッド 制限付きゲートレベルレイアウトアーキテクチャにおける交差結合トランジスタレイアウト

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58207666A (ja) * 1982-03-26 1983-12-03 トムソン−セエスエフ・テレフオンヌ 既拡散集積回路とその接続方法

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