JPS62128148A - マスタスライス型半導体集積回路装置 - Google Patents

マスタスライス型半導体集積回路装置

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JPS62128148A
JPS62128148A JP60267166A JP26716685A JPS62128148A JP S62128148 A JPS62128148 A JP S62128148A JP 60267166 A JP60267166 A JP 60267166A JP 26716685 A JP26716685 A JP 26716685A JP S62128148 A JPS62128148 A JP S62128148A
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JP
Japan
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channel mos
mos transistor
line
word
bit
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JP60267166A
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English (en)
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Shigeo Kuboki
茂雄 久保木
Tetsuo Mejiro
目代 哲夫
Toshio Takahashi
敏雄 高橋
Makoto Takechi
武智 真
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はCMOSマスタスライス型半導体集積装置に係
り、特に、ROMマクロセルを実装効率よく、小型に形
成でき、低消費電力特性をもつ全面敷き詰め型マスタス
ライスに好適なROMビットセルの構成に関する。
〔従来の技術〕
マスタスライス型LSI (半導体集積回路装M)とは
、あらかじめ、共通の下地の工程を経たウェハを製造し
ておき、種々の論理回路に対応して数枚の配線マスクの
みを変更して全工程を完了し、LSIチップを完成させ
るものである。そのため、開発期間が短かく、安価であ
る特徴がある。
第2図に従来の固定チャンネル方式ゲートアレイのチッ
プ構成を示す、第2図において、50はチップ、51は
人出力バツファセルを含む外部セルやパッドなどを配置
するための周辺領域、52は内部領域である。内部領域
52には、基本セル53がX方向に並設された基本セル
列54が、間に配線チャンネル領域55を狭んで、Y方
向に並設されている。このように、配線チャンネル領域
55が固定されており、ゲートの実装密度は低い。
特に、マクロセル56を構成した場合、領域55が無駄
になってしまう。
基本セル53の構成は、たとえば、第4図で示される。
本例において、60はP十拡散層、61はN+拡散層、
62はP −WE L L層、 VDD1#Vsszは
、それぞれ、電源線、接地電位線である。
VDDI及びVSSIは一層目アルミ膜(以後ALLと
略す)で形成される。63.63’はそれぞれ拡散層上
、ポリシリコン膜(以後Po1ySi膜と記す)上のコ
ンタクト孔である。通常、下地チップにコンタクト、A
LL、スルー・ホール、AL2マスクで配線工程を施こ
し、所望の論理回路をLSIチップに実現する。矢印6
4は配線チャンネル領域上のAL2配線格子線を示すも
ので、基本セル幅は4格子間隔(ピッチ)である。通常
、このような基本セルを数個から十五個程度使って配線
パターンを施こすことにより一つの論理機能をもつ論理
ブロックを形成する。論理ブロック内配線は大部分がA
LLで行なねれる。第4図の例では、ドレイン、或いは
、ソース電極が接続された二連のPMOSトランジスタ
及び二連のNMOSトランジスタが対抗配置されている
。各トランジスタ・ペアのゲート電極は分割されている
が、基本ゲートを構成する場合、ALLで電気的につな
ぐことが多い。本基本セルでは、三入力NANDゲート
が一個構成でき、三入力を効率よく形成できる。
第5図にもう一つの例を示すが、本基本セルは四速のP
MO5及び四速のNMOSトランジスタの対抗配置構成
となっており、凹入カゲートを効率よく形成できる特徴
がある。なお、64′はAL2の配線格子線方向を示す
もので、基本セル幅が五ピッチであることがわかる。
近年、固定チャンネル領域をなくシ、内部領域52全面
に基本セル素子を敷き詰めた全面敷き詰め方式ゲートア
レイが発表されている。第3図に。
全面敷き詰め方式ゲートアレイのチップ構成を示す。な
お、固定チャンネルゲートアレイと違う所は、内部領域
52の全面に基本セル53を敷き詰め、固定チャンネル
領域55をなくした点である。
この場合、チャンネル領域が、基本セルの高さHを単位
として可変であるので、ゲートの実装密度が著しく向上
する。例えば、プロシーデイングズ・オブ、アイ・イー
・イー・1985・シー・アイ・シー・シー(1985
年)第15頁から第17頁(Proceedings 
of I E E E 1985 CI CG。
pp15−17)では、PMOS、NMOSペアを対称
にした基本セルを使い、基本セル高さの半分を単位とし
てチャンネル領域幅を変えている。
全面敷き詰めゲートアレイでは、マクロセルの構成のし
易さと小型化がキー・ポイントとなる。
しかし、前述の文献をはじめ全面敷き詰めゲートアレイ
記載の特開昭58−137230号、特開昭58−14
2545号公報でもROMマクロセルの構成の点につい
ては配慮されていなかった。
ROM内蔵ゲートアレイは、1985・アイ・イー・イ
ー・イー、アイ・ニス・ニス・シー・シー。
ダイジェスト、第126頁から第127頁(IEEE1
985 l5SCCDig、Tech、 Papers
 (1985) p p126−127)において論じ
られている。本論文では、PMOSとNMO8)−、ラ
ンジスタのペアを多数並設した基本セル列で、NMOS
LかROMのビットセルに使っていない。したがって、
PMOSも有効に使って集積度の高いROMを構成する
必要がある。また、PMOSトランジスタを負荷MO8
としてビット線につなぐ方式であるので。
電源電圧端子と接地端子の間に直流パスができ、消費電
力が増加する傾向がある。これを防止するため、二相ク
ロックを使い、ビット線のプリチャージタイミングと、
論理を取ってビットデータを出力するタイミングを分け
る方式がある。しかし、ダイナミック型回路が複雑にな
る欠点があり、ゲートアレイには不向きである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、ゲートアレイに適したROMの構成に
ついて配慮がされておらず、配線が容易で、任意容量の
ROMを効率よく、小型↓こ形成する上で問題があった
。本発明の目的は、ゲートアレイ、特に全面敷き詰め方
式ゲートアレイにおいて、配線が容易で、小型、低消費
電力のROMマクロセルを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、基本セル列がPMOS、NMOSトランジ
スタのペアを基本セル列方向に多数個並設したことに鑑
み、PMOS、NMOSトランジスタのソース電極をそ
れぞれ電源線、接地線に電気的につなぎ、ドレイン電極
をそれぞれビット線につなぐ構造とし、PMOS、NM
OSトランジスタのゲート電極をそれぞれ負論理のワー
ド線、正論理のワード線に配線層により接続することに
よって、それぞれ′1′、″0′を書込む構成にするこ
とによって達成される。
さらに、基本セルにおける隣接PMOS、NMOSトラ
ンジスタ・ペアのドレイン電極を共に同一ビット線につ
なぎ、隣接PMOSペア及びNMOSペアのゲート電極
接続用ワード線のアドレスを違えるようにし、同一ビッ
ト数には違ったワード位置のMQSトランジスタがつな
がるようにする。
これによって、−個のPMOS、NMO8)−ランジス
タペアで一ビットセルを形成することができる。これは
、0.8ビツト/(AL2ピッチ) に相当する。
〔作用〕
第6図は一般のROMの回路構成を示す。ROMは、ア
ドレスデコーダ70.ROMマトリックス71及び出力
バッファを構成するインバータ72〜75から成る。第
6図は、簡単化のため四ワード×四ビット容量の場合を
示し、ROMマトリックス71は4×4のビットセル7
6〜91から成る。アドレス入力信号Aot Asはア
ドレスデコーダ70に入力され、ワード線92〜95上
にワードアドレス信号Wo ”Wsを発生させる。RO
Mマトリックス71は、アクティブ論理レベルになった
一本のワード線に対応するビットデータB。
〜B3をビット線96〜99上に出力する。
この手段を反映したROMマトリックス回路を第1図に
示す。第1図において、100〜103はワードアドレ
ス信号の反転用インバータであり。
相補的ワードアドレス信号がのるワード線ペア92と9
2’、93と93’ 、94と94′。
95と95′とビット線群96〜99との交叉する位置
には、PMOS、NMO8トランジスタ・ペアが存在す
る。これらのトランジスタ・ペアは第6図のビット・セ
ル76〜91に相当する。なお、第1図では便宜上ビッ
ト・セル76.79゜91のみが破線で表示されている
ワード線をALLとすれば、ビット線はAI2で形成さ
れる。PMOS、NMO8トランジスタペアのゲート電
極は、Po1y S i @ S Dでワード線と交叉
するように形成される。′0′を書き込む時は、NMO
Sトランジスタのゲート電極を。
Po1ySi膜上にコンタクト孔C0NTを打つことに
より正論理ワードアドレス信号線92′〜95′につな
ぐことで行なう。また、 ′1′を書き込む時は、PM
OSトランジスタのゲート電極を同様の手法により、負
論理ワードアドレス信号線92〜95につなぐことで行
なう。なお、未使用のゲート電極は、電源線Voorか
接地線VSSIにつなぎ、PMOS、NMO8をカット
オフ状態にしておけばよい。たとえば、ワードアドレス
信号Woが′1′になれば、ビット数ペア92゜92′
はそれぞれ′11.(Ql になり、ビット信号(Bo
 =Ba ) 、すなわち、ワード・データとして(′
1’ 、’O’ 、’O’ 、’l’ )が出力される
。第7図において、他のワード線が選択されたときのビ
ット信号をPMOS、NMO3トランジスタ・ペアの右
わきに示しである。
以上の構成、動作から明らかなように、1ビットセルが
基本セル構造に適したPMOS、NMOSトランジスタ
・ペアから成っているため、ワード方向、ビット方向に
ROMマトリックスを展開し易く、同時に、小型化が可
能である。
また、同一ビット線上につながれたPMO8゜NMOS
トランジスタのうち、唯一個のPMOS、または、NM
OSトランジスタしかONにならないので、電源と接地
線の間に直流パスができず、消費電力を低減することが
できる。
アドレスデコーダ70は、第7図の回路で形成される。
アドレスデコーダ70は、ソース、或いは、ドレインが
接続された四速のPMOS、NMOSトランジスタ・ペ
ア110〜113、ワードアドレス信号反転用インバー
タ114,115及びインバータ116〜119から構
成される。ここで、X印はコンタクト孔C0NT、太い
実線はALL配線、Voot+ Vsszはそれぞれ電
源線、接地電位線である。
第7図から明らかなように、110〜113は二人力N
ANDゲートを形成している(出力側のインバータ11
6〜119を含めれば二人力ANDゲートを形成)。す
なわち、アドレス信号Ao。
Ao t At v Atの四本のうち、論理を取るN
阿OSの他のNMO5のドレイン、ソース間をALLで
ショートし、同様のPMO8を電源線vDDl と出力
線との間に並列に接続する。ワードアドレス信号Wo 
”Wgは1次式の論理式で表わされ、真理値表は表1に
まとめられる。
Wo=Ao−AI W l = A o−A I Wz=Ao會As W a =A o ’ AI 表  1 第5図に示した四入力基本セルを使えば、四個の基本セ
ルで形成される。−ワード線は基本セル列一段で形成さ
れるので、アドレスデコーダをROMマトリックスの真
横に置けば、両者でピッチが合うので面積効率が向上す
る利点がある。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第8図、第9図により説明す
る。第8図は、第1図のROMマトリックス構成を、ソ
ース、或いは、ドレインが直列接続された二連のPMO
S、NMOSトランジスタ・ペアから成る三入力型基本
セルを使った全面敷き詰め方式ゲートアレイで実現した
構成を示す。
三入力型基本セルは、たとえば、第4図に示した構成で
よく、第8図では、簡単化のため、それをトランジスタ
・イメージで象徴化して示しである。
以後もこの表示法に従う。ROMマトリックス71は、
八個の三入力型基本セル122、インバータ100〜1
03から成る。配線パターンの約束について再度述べる
。太い実線はALI、点線SDはPo1ySi膜、C0
NT (N印)は拡散層、または、Po1y S i膜
とALL接続用のコンタクト孔、破線はAL2である。
また、Δ印の所は。
C0NTと、層間絶縁膜にあけられたALLとAL2接
続用スルー・ホールが近接して打っであることを示し、
拡散層−CONT−ALL−スルー・ホール−AL2を
介して拡散層とAL2がつながっている。
ワード線は、ALLで基本セル列方向(X方向)、基本
セル列内に一本の割合で、ビット線はAL2でY方向に
ニビツチ間隔で走っている。また、本実施例では、隣接
ビットセル間を電気的に分離するため、−ビットセルに
一個の割でMOSトランジスタをオフにする。たとえば
、ビットセルフ9でPMO8120,NMO8121の
ゲート電極は、それぞれVoor r Vsst線にA
LLでつながれる。
本実施例では、−基本セルは二ビットN−ワードを形成
でき、−ビットあたりニピツチ幅で実現できるので、小
型である。さらに、横方向、縦方向のROMビットセル
展開の規則性が強<、 DAによる展開が容易である。
第9図は、第7図のアドレスデコーダ70を三入力型基
本セルで実現したもので、構成、動作は第7図のそれら
と同じであるので省略する。本実施例では、同一基本セ
ル列中の二個の基本セルの一部にインバータ116〜1
19を形成して、ワード線のピッチをROMマトリック
スのワード線のピッチ、すなわち、基本セル一段分の高
さと等しくして、ROMマトリックスとアドレスデコー
ダを配線領域を介することなく接続でき、小型化が得ら
れる特徴がある。
他の実施例を第10図に示す。本実施例のROMマクロ
セルは、アドレスデコーダ70、ROMマトリックス7
1.コラムデコーダ130及び八個のチャンネルセレク
タ131〜138から成る。
ROM容量は4096ビツト、ワードフォーマットは8
ビツトN512ワードである。これを第6図の構成で実
現しようとすると、三入力型基本セルを使う場合、RO
Mマトリックスは、X方向が四基本セル幅、Y方向が5
12基本セル列で成り1通常アレイ構成は百列×四百個
程度であるので、Y方向の列数不足となり、非常に細長
い形になって配置、配線上問題がある。
そこで、本実施例では、第10図に示すように、アドレ
ス信号A o ” A aのうち、上位五本AO〜A4
をアドレスデコーダ70に入力し、32ワードX128
ビツト構成のROMマトリックスのワード線Wo=W 
8sのうち一本をアクティブ論理にする。
同時に、コラムデコーダ130は、上位アドレス信号A
6〜A6の四本を入力とし、十六本のコラムデコード信
号139を発生する。チャンネルセレクタ131〜13
8は、それぞれ各十六本からなるビットデータ信号線群
140〜147を入力とし、それぞれ一本を選択し、ビ
ット信号BO〜B7として出力する。
チャンネルセレクタ132〜138の回路は、第11図
に示される。第11図で、182〜197はCMOSス
イッチ、150〜165及び166〜181はCMOS
スイッチの駆動信号をつくるためのインバータである。
動作について、セレクタ131の例をとって説明する。
デコード信号139−0〜139−15のうち一本のみ
がアクティブ論理‘1’になりCMOSスイッチの一個
がオンになる。すなわち、ビット信号140−0〜14
0−15のうち一本が選択され、ビット信号Bo とし
てビット数96へ伝えられる。
本実施例では、ROMマトリックスが32ワード×12
8ビツトでよく、基本セルが32列×64個の構成で済
む。18μmN72μmの基本セルを使えば1.IN2
.31I1m”程度にコンパクトに形成できる。
他の実施例を第12図に示す。この場合は、二人刃型基
本セルを使ってROM単位セルを形成した結線図を示す
。下地パターンの構成は、二人カヤである点を除いては
前出のものと同じである。
ワード線200〜203はAL2でY方向に、ビット線
204〜205はX方向にALLで走っている。本実施
例では、基本セル内の二連のPuO9。
NMOSトランジスタはソース電極がそれぞれVDDI
 + Vssz電位に固定され、ドレイン電極が共通の
ビット線につながれている。MoSトランジスタを無駄
なく使うため、ビット線、ワード線の配線に工夫が施こ
されている。すなわち、ビット線204にはPMOSM
oSトランジスタP1のドレイン電極、NMOSMoS
トランジスタNlの”ドレイン電極が結線されている。
また、ビット線205にはPMOSMoSトランジスタ
P3のドレイン電極、NMOSトランジスタN3とN4
のゲート電極がつながれている。一方、ワードアドレス
信号Woの反転信号Woのワード線200はスルーホー
ルを介してAL2からALLへ変換され、PMOSMo
SトランジスタPLのゲート電極接続用端子DBの位置
まで配線される。
ワードアドレス信号WOのワード線203は同様にNM
o5トランジスタNl、N4のゲート電極のDBまで配
線される。ワード信号W1の反転信号W1のワード線2
01は同様にPMOSMoSトランジスタP2のゲート
電極のDBまで配線され、ワード信号W1のワード線2
02は同様にNMo5トランジスタN2.N3に配線さ
れる。
以上の構成で、tlr、i□pの書込みは、前述の場合
と同様に、PMOSトランジスタとNMOsトランジス
タペアP1とNl、P2とN2.P3とN3.P4とN
4のそれぞれにおいて、゛1′書込みの場合、PuO8
側を負論理ワード信号につなぐか、′O′書込みの場合
NMO8側を正論理ワード信号につないで行なう。この
書込みはゲート電極のDB上にC0NTを打つことによ
ってできる。また、未使用のゲート電極はvootまた
はVssz電位に短絡すればよい。
この説明から明らかなように、本実施例では同一ビット
線につながるPMOSペア、または。
NMOSペアのゲート電極には違ったワードアドレス信
号を印加しておくので、ビット線をペア間で共通にでき
、高密度実装が可能となる。本実施例では一個のPuO
2,NMO8のペアでROM−ビットを構成できる。
同様の高密度実装が得られるもう一つの実施例を第13
図に示す。本実施例は四入力型基本セルに適用した場合
で、西入力型の点を除けば下地の構成は前出のものと同
様である。第12図の場合と同様に、二連のPuO2,
NMO8はそれぞれソース電極がVooz 、 Vss
t電位につながり、各PMOSペア、NMOSペアのド
レイン電極は、ビット線が共通になっている。しかし、
四本のワード線92.92’ 、93.93’は基本セ
ル内をX方向に、二本のビット線96.97はAL2で
Y方向に走っている。以上の構成から明らかなように、
ビットセルの構成は第12図の場合と同じであり、−基
本セルは2ワードN2ビツトの容量を形成できる。しか
し、ビット線、ワード線の配列が違う。すなわち、ビッ
ト配列方向が基本セル列方向、ワード配列方向が同列に
直角の方向となる。本実施例では、アドレスデコーダの
セルの配列ピッチをROMマトリックスのワード配列ピ
ッチと合わせることが比較的簡単である特徴を持つ。
また、電源、接地線間に直流パスができないので消費電
力が著しく低減できる。
たとえば、25μm×75μmのサイズの基本セルを使
った場合、4にビットを2111112内に収納するこ
とができる。
[発明の効果] 本発明によれば、ROMワード・フォーマットに応じて
基本セルを展開、配線し易く、小型にROMを形成でき
る。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示すROMマトリックス回
路図、第2図は従来例を示すマスタチップの平面図、第
3図は全面敷詰め方式マスタチップの平面図、第4図、
第5図は基本セルの構成を示す平面図、第6図はROM
のマクロセル構成を示すブロック図、第7図はアドレス
デコーダの回路図、第8図、第9図は本発明の第二の実
施例の回路結線図、第10図は本発明の第三の実施のブ
路結線図である。 70・・・アドレスデコーダ、71・・・ROMマトリ
ックス、72〜75・・・インバータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の主面側に、ソース或いはドレイン電極
    を直列接続した複数のPチャンネル型MOSトランジス
    タと、前記ソース、或いは、前記ドレイン電極を直列接
    続した複数のNチャンネル型MOSトランジスタを相対
    配置した基本セルをチップ内部領域に横方向、及び縦方
    向に並設したマスタスライス型半導体集積回路装置にお
    いて、ROMマクロセルの一ビットセルが、前記Pチャ
    ンネル型MOS、前記Nチャンネル型MOSトランジス
    タの一ペアから成り、前記Pチャンネル型MOS、前記
    Nチャンネル型MOSトランジスタのソース電極がそれ
    ぞれ電源電位、接地電位につながれ、かつ、前記ドレイ
    ン電極がともに同一ビット線につながれ、前記Pチャン
    ネルMOSトランジスタの前記ゲート電極を負論理のワ
    ード信号線にショートすることによつて‘1’を、ある
    いは、前記Nチャンネル型MOSトランジスタの前記ゲ
    ート電極を正論理の前記ワード信号線にショートするこ
    とによつて‘0’を書き込むことを特徴とするマスタス
    ライス型半導体集積回路装置。 2、特許請求の範囲第1項において、 前記正論理ワード信号線に前記Nチャンネル型MOSト
    ランジスタの前記ゲート電極を、前記負論理ワード信号
    線に前記Pチャンネル型MOSトランジスタの前記ゲー
    ト電極を接続しておき、前記Pチャンネル型MOS、ま
    たは前記Nチャンネル型MOSトランジスタの前記ドレ
    イン電極を前記ビット線につなぐか、つながないかによ
    り論理データを書込むことを特徴とするマスタスライス
    型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項において、相補
    的ワード信号線ペアを前記基本セル列に沿つて前記Pチ
    ャンネル型MOS、前記Nチャンネル型MOSトランジ
    スタ・ペアの前記ゲート電極に対抗するよう配置し、か
    つ前記は、前記基本セル列と直角方向に設けられ、前記
    同一ビット線上の前記Pチャンネル型MOS、前記Nチ
    ャンネル型MOSトランジスタ・ペアの前記ドレイン電
    極とコンタクト孔を介して電気的に接続したことを特徴
    とするマスタスライス型半導体集積回路装置。 4、特許請求の範囲第1項または第2項において、前記
    Pチャンネル型MOS、前記Nチャンネル型MOSトラ
    ンジスタ・ペアと隣接の前記Pチャンネル型MOS、前
    記Nチャンネル型MOSトランジスタ・ペアがドレイン
    電極を同一ビット線につながれ、かつ隣接した前記Pチ
    ャンネル型MOS、前記Nチャンネル型MOSトランジ
    スタ・ペアの前記ゲート電極が、互いに違うアドレスの
    前記ワード線信号線につながれたことを特徴とするマス
    タスライス型半導体集積回路装置。 5、特許請求の範囲第1項または第2項において、前記
    ビット線が前記基本セル列内、同列に沿つて所定の前記
    Pチャンネル型MOS、前記Nチャンネル型MOSペア
    の前記ドレイン電極をつなぐよう配線され、かつ、前記
    ワード線が前記基本セル列に直角方向に配設され、隣接
    する前記ビットセル内の前記Nチャンネル型MOS、前
    記Pチャンネル型MOSトランジスタペアの前記ゲート
    電極に配線層の変更のみで短絡することが可能なように
    配線したことを特徴とするマスタスライス型半導体集積
    回路装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0377372A (ja) * 1989-08-19 1991-04-02 Fujitsu Ltd 半導体設計装置及び方法
JPH08213575A (ja) * 1995-11-27 1996-08-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Cmos集積回路装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0377372A (ja) * 1989-08-19 1991-04-02 Fujitsu Ltd 半導体設計装置及び方法
JPH08213575A (ja) * 1995-11-27 1996-08-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Cmos集積回路装置

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