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JP2776885B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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JP2776885B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JP2776885B2
JP2776885B2 JP1131341A JP13134189A JP2776885B2 JP 2776885 B2 JP2776885 B2 JP 2776885B2 JP 1131341 A JP1131341 A JP 1131341A JP 13134189 A JP13134189 A JP 13134189A JP 2776885 B2 JP2776885 B2 JP 2776885B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体集積回路に関するもので、例え
ば、バイポーラ・CMOS(以下Bi・CMOSと略す)ゲートア
レイに利用して特に有効な技術に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, for example, a technique particularly effective when used for a bipolar CMOS (hereinafter abbreviated as BiCMOS) gate array. It is.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

トーテムポール形態とされる一対の出力バイポーラト
ランジスタとCMOS(相補型MOS)論理ゲート回路が組み
合わされてなるBi・CMOS複合論理ゲート回路は、比較的
大きな駆動能力と低消費電力性をあわせ持つ。
A Bi / CMOS composite logic gate circuit in which a pair of output bipolar transistors in a totem pole form and a CMOS (complementary MOS) logic gate circuit are combined has a relatively large driving capability and low power consumption.

そのため、Bi・CMOS論理ゲートは、各種の半導体デバ
イス、たとえば、ゲートアレーデバイス,メモリデバイ
スのマイクロコンピュータ、に適用されるようになって
きた。
Therefore, Bi.CMOS logic gates have been applied to various semiconductor devices, for example, gate array devices and microcomputers of memory devices.

ところで、Bi・CMOS論理ゲートを用いたゲートアレー
に関しては、日本特許公開公報59−139724号がある。
Meanwhile, Japanese Patent Application Publication No. 59-139724 discloses a gate array using a Bi-CMOS logic gate.

また、Bi.CMOSゲートアレーデバイスに用いられる基
本セルに関しては、日本特許公開公報第61−171150号,
日本特許公開公報第59−193627号,バーナード・シー・
コール(Bernard C.Cole)により、エレクトロニクス/
フォブラリ,4,1988(Electronics/February 4,1988).p
p65−66に発表された「エエムシシズ バイモス アレ
イ ヒィツレコード ゲート ユティラィゼーション
(AMCC′s BiCMOS ARRAY HITS RECODE GATE UTILIZATIO
N),及び中柴ら(Nakasiba et al)によりNEC技報Vol.
39NO.10/1986pp138−143に発表された「低電力,高速Bi
・CMOSゲートアレー(Low Power High Speed BiCMOS Ga
te−Array)」がある。
Regarding a basic cell used in a Bi.CMOS gate array device, Japanese Patent Publication No. 61-171150,
Japanese Patent Publication No. 59-193627, Bernard C.
Electronics (Bernard C. Cole)
Fovary, 4,1988 (Electronics / February 4,1988) .p
“AMCC's BiCMOS ARRAY HITS RECODE GATE UTILIZATIO” published on p65-66
N), and Nakasiba et al.
39NO.10 / 1986pp138-143 "Low power, high speed Bi
・ CMOS gate array (Low Power High Speed BiCMOS Ga
te-Array) ".

尚、ゲートアレイとは、あらかじめ大量に作ったマス
ターウェハーに品種ごとの配線工程をのみ施すことによ
り、多品種の半導体集積回路装置を実現することができ
るもので、マスタスライス方式の半導体集積回路装置と
呼ばれる。この方式はマスターウェハーの大量生産によ
る低コスト化、配線の自動設計および配線だけの短い製
造工程による開発期間の短縮化などの利点がある。
Note that a gate array can realize a multi-type semiconductor integrated circuit device by performing only a wiring process for each type on a large number of master wafers made in advance. Called. This method has advantages such as cost reduction by mass production of master wafers, automatic design of wiring, and shortening of development period by a manufacturing process in which only wiring is short.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記に記載されるような従来のBi・CMOSゲートアレイ
は、次のような問題点を持つ。
The conventional Bi-CMOS gate array as described above has the following problems.

すなわち、Bi・CMOS論理ゲート回路は、第7図に示さ
れるように、その出力端子に比較的大きな負荷容量CLが
結合される場合には、CMOS論理ゲート回路に比較してそ
の伝達遅延時間tpdが小さくなる。しかし、比較的小さ
な負荷容量CLが結合される場合には、逆にCMOS論理ゲー
ト回路に比較してその伝達遅延時間tpdが大きくなって
しまう。
That is, as shown in FIG. 7, when a relatively large load capacitance CL is coupled to the output terminal of the Bi-CMOS logic gate circuit, its transmission delay time tpd is smaller than that of the CMOS logic gate circuit. Becomes smaller. However, when a relatively small load capacitance CL is coupled, the transmission delay time tpd becomes longer as compared with the CMOS logic gate circuit.

一方、Bi・CMOS論理ゲート回路の伝達遅延回路tpd
は、第7図に示されるように、その駆動能力すなわち出
力トランジスタのエミッタサイズESに応じて同様な負荷
依存性を持つ。すなわち、出力トランジスタのエミッタ
サイズESが大きくされその駆動能力が大きくされる場合
には、伝達遅延時間tpdは、負荷容量CLが大きな領域に
おいてエミッタサイズESが小さくされる場合に比較して
小さくなり、負荷容量CLが小さな領域において逆に大き
くなる。
On the other hand, the transmission delay circuit tpd of the Bi-CMOS logic gate circuit
Has a similar load dependency according to its driving capability, that is, the emitter size ES of the output transistor, as shown in FIG. That is, when the emitter size ES of the output transistor is increased and its driving capability is increased, the transmission delay time tpd becomes smaller as compared with the case where the emitter size ES is reduced in a region where the load capacitance CL is large. Conversely, the load capacitance CL increases in a small area.

つまり、論理回路は、各論理ゲート回路の出力端子に
結合される負荷容量CLすなわちファンアウトに応じて、
CMOS論理ゲート回路又はBi・CMOS論理ゲート回路を選択
的に組み合わせて構成し、かつ各論理ゲート回路の駆動
能力を最適化することによって、その伝達遅延時間tpd
が最小となる。
In other words, the logic circuit responds to the load capacitance CL coupled to the output terminal of each logic gate circuit, that is, the fanout,
By selectively combining a CMOS logic gate circuit or a Bi-CMOS logic gate circuit and optimizing the driving capability of each logic gate circuit, its transmission delay time tpd
Is minimized.

しかし、従来のBi・CMOSゲートアレイの基本セルは、
Bi・CMOS論理ゲート回路の出力トランジスタのエミッタ
サイズESを実質的に拡大しその駆動能力を大きくするた
めのバイポーラトランジスタを含まない。また、実質的
に出力バイポーラトランジスタのエミッタサイズを拡大
できる様に各基本セルのレイアウト配置の工夫がされな
かった。このため、各論理ゲート回路の駆動能力が負荷
容量に応じて最適化しにくいことから、ゲートアレイに
よって構成される論理回路の総合的な伝達遅延時間tpd
を思うように縮小することができず、結果的に論理回路
の高速動作が阻害されることがわかった。
However, the basic cell of a conventional BiCMOS gate array is
It does not include a bipolar transistor for substantially increasing the emitter size ES of the output transistor of the Bi-CMOS logic gate circuit and increasing its driving capability. Further, the layout arrangement of each basic cell has not been devised so that the emitter size of the output bipolar transistor can be substantially increased. For this reason, it is difficult to optimize the driving capability of each logic gate circuit according to the load capacitance, so that the total transmission delay time tpd of the logic circuit constituted by the gate array is
It cannot be reduced as desired, and as a result, it has been found that the high-speed operation of the logic circuit is hindered.

この発明の目的は、必要とされる駆動能力に応じてCM
OS論理ゲート回路及びBi・CMOS複合論理ゲート回路を効
率的に構成しうるゲートアレイの基本セル及びそのレイ
アウト方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a CM according to a required driving capability.
An object of the present invention is to provide a basic cell of a gate array and a layout method thereof that can efficiently configure an OS logic gate circuit and a Bi / CMOS composite logic gate circuit.

この発明の他の目的は、ゲートアレイの高集積化を図
り、ゲートアレイによって構成される論理回路の高速化
を図ることにある。
Another object of the present invention is to achieve high integration of a gate array and increase the speed of a logic circuit constituted by the gate array.

この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴
は、この明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、
ゲートアレイを、基本的にCMOS論理ゲート回路を構成す
るために用いられる第1のセルと基本的にBi・CMOS論理
ゲート回路を構成するために用いられる第2のセルを所
定の比率で含む。またBi・CMOS論理ゲート回路に大きな
駆動能力が必要とされるとき選択的に用いられる一対の
バイポーラトランジスタを含み、かつ格子状に配置され
る複数の基本セルによって構成するものである。
The outline of a typical invention disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is,
The gate array includes, at a predetermined ratio, a first cell used basically for forming a CMOS logic gate circuit and a second cell basically used for forming a Bi-CMOS logic gate circuit. Further, it includes a pair of bipolar transistors selectively used when a large driving capability is required for the Bi-CMOS logic gate circuit, and is constituted by a plurality of basic cells arranged in a lattice.

ちなわち、本発明の代表的実施形態は、 複数の論理ゲート回路(N1,NAG1,N2,BNA1,BNO1,N3,NO
G1,NAG2)を具備してなる半導体集積回路(第3図参
照)であって、 上記複数の論理回路にうち、出力の負荷容量の小さな
論理ゲート回路(N1,NAG1,N2,N3,NOG1,NAG2)について
は該負荷をPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETとが駆
動するCMOSゲート回路(第4図、第5図参照)で構成
し、出力の負荷容量の大きな論理ゲート回路(BNA1,BNO
1)については入力部はPチャネルMOSFETとNチャネルM
OSFETを含み、出力部は該負荷を駆動するバイポーラト
ランジスタを含んでなるBi−CMOSゲート回路(第6
(a)図、第6(b)図参照)により構成してなり、 上記Bi−CMOSゲート回路のうち、出力の負荷容量が所
定の値(Cc)以下の論理ゲート回路については実効的に
エミッタサイズの小さなバイポーラトランジスタを出力
部に含んでなるBi−CMOSゲート回路(Bi−CMOS(ES:
1),Bi−CMOS(ES:2)により構成してなり、出力の負荷
容量が上記所定の値(Cc)より大きな論理ゲート回路に
ついては実効的にエミッタサイズの大きなバイポーラト
ランジスタを出力部に含んでなるBi−CMOSゲート回路
(Bi−CMOS(ES:4)により構成してなることを特徴とす
る(第7図参照)。
That is, a representative embodiment of the present invention is a multi-logic gate circuit (N1, NAG1, N2, BNA1, BNO1, N3, NO
G1, NAG2) (see FIG. 3), wherein, among the plurality of logic circuits, a logic gate circuit (N1, NAG1, N2, N3, NOG1, NAG2), the load is constituted by a CMOS gate circuit (see FIGS. 4 and 5) driven by a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET, and a logic gate circuit (BNA1, BNO
For 1), the input section is a P-channel MOSFET and an N-channel M
The output section includes a Bi-CMOS gate circuit (No. 6) including a bipolar transistor for driving the load.
(See FIG. 6A and FIG. 6B). Among the Bi-CMOS gate circuits, a logic gate circuit whose output load capacitance is equal to or less than a predetermined value (Cc) is effectively an emitter. A Bi-CMOS gate circuit (Bi-CMOS (ES:
1) For a logic gate circuit configured by Bi-CMOS (ES: 2) and having an output load capacitance larger than the predetermined value (Cc), a bipolar transistor having a large emitter size is effectively included in the output section. (Bi-CMOS (ES: 4)) (see FIG. 7).

また、本発明の具体的な実施形態は、 上記Bi−CMOSゲート回路の上記実効的にエミッタサイ
ズの大きなバイポーラトランジスタは複数のトランジス
タのコレクタ・エミッタ経路の並列接続形態により実現
されたことを特徴とする(第6(b)図参照)。
Further, a specific embodiment of the present invention is characterized in that the bipolar transistor having an effective large emitter size of the Bi-CMOS gate circuit is realized by a parallel connection of a collector-emitter path of a plurality of transistors. (See FIG. 6 (b)).

また、本発明のさらに具体的な実施形態は、 上記複数のバイポーラトランジスタの並列接続形態
は、Bi−CMOSゲート回路を構成可能な第1の基本セルの
内部のバイポーラトランジスタとBi−CMOSゲート回路を
構成可能な第2の基本セルの該セル内部で不使用のバイ
ポーラトランジスタとの並列接続により実現されたこと
を特徴とする(第13(a)図参照)。
Further, in a more specific embodiment of the present invention, the parallel connection mode of the plurality of bipolar transistors includes a bipolar transistor and a Bi-CMOS gate circuit inside a first basic cell capable of forming a Bi-CMOS gate circuit. It is realized by connecting a configurable second basic cell in parallel with an unused bipolar transistor inside the cell (see FIG. 13 (a)).

また、本発明のより具体的な実施形態は、 上記第1の基本セルと上記第2の基本セルとはそれぞ
れ四角形とされ、上記第1の基本セル(BC1)と上記第
2の基本セル(BC2)とは近接して配置され、該近接配
置の上記第1の基本セル(BC1)の一辺(X)に対して
上記第1の基本セルの内部のバイポーラトランジスタ
(B1,B2)と上記第2の基本セル(BC2)の内部のバイポ
ーラトランジスタ(B3,B4)とは上記第1の基本セル(B
C1)の上記一辺(X)に近接して鏡面対称の位置に配置
されたことを特徴とする(第10)図参照)。
Further, in a more specific embodiment of the present invention, the first basic cell and the second basic cell are each formed as a square, and the first basic cell (BC1) and the second basic cell ( BC2) and a bipolar transistor (B1, B2) inside the first basic cell with respect to one side (X) of the first basic cell (BC1) in the close arrangement. The bipolar transistors (B3, B4) inside the second basic cell (BC2) refer to the first basic cell (B2).
C1) is arranged at a mirror-symmetric position close to the one side (X) (see FIG. 10).

また、本発明のより具体的な実施形態は、 上記バイポーラトランジスタはBi−CMOSゲート回路の
出力部のトーテムポールトランジスタ(T1,T2)である
ことを特徴とする(第6(a)図参照)。
A more specific embodiment of the present invention is characterized in that the bipolar transistor is a totem pole transistor (T1, T2) at the output of a Bi-CMOS gate circuit (see FIG. 6 (a)). .

〔作 用〕(Operation)

上記した手段によれば、上記基本セルに含まれる第1
及び第2のセルの比率を最適化することで、必要とされ
る駆動能力に応じて最適化されたCMOS論理ゲート回路及
びBi・CMOS論理ゲート回路を無駄なく効率的に構成でき
る。これにより、ゲートアレイ内に含まれるゲートの使
用効率が向上される。そして、ゲート使用効率が向上さ
れるため、ゲートアレイ内の回路素子数が削減されると
ともに、ゲートアレイの高集積化が図れる。
According to the above means, the first cell included in the basic cell is
By optimizing the ratio of the second cell and the ratio of the second cell, a CMOS logic gate circuit and a Bi-CMOS logic gate circuit optimized according to the required driving capability can be efficiently configured without waste. Thereby, the use efficiency of the gate included in the gate array is improved. Since the gate use efficiency is improved, the number of circuit elements in the gate array can be reduced, and the gate array can be highly integrated.

さらに、ゲートアレイ内に形成される論理回路は、そ
の出力負荷容量の値によって、CMOS回路、エミッタサイ
ズがたとえば3μm2とされた出力バイポーラトランジス
タを含む第1Bi・CMOS回路及び上記第1Bi・CMOS回路の出
力バイポーラトランジスタのエミッタサイズより大きな
エミッタサイズの出力バイポーラトランジスタを含む第
2Bi・CMOS回路の中から選択される。すなわち、論理回
路は、その出力負荷容量を最っとも速く充電及び放電可
能な回路形態とされる。その結果、上記の様な設計手法
の採用によって、ゲートアレイ内に構成される論理回路
の動作速度が高速化される。
Further, the logic circuit formed in the gate array includes a CMOS circuit, a first Bi-CMOS circuit including an output bipolar transistor having an emitter size of, for example, 3 μm 2, and a first Bi-CMOS circuit according to the output load capacitance value. Including an output bipolar transistor having an emitter size larger than the emitter size of the output bipolar transistor of
It is selected from 2Bi CMOS circuits. That is, the logic circuit has a circuit form capable of charging and discharging the output load capacitance at the fastest. As a result, the operating speed of the logic circuit formed in the gate array is increased by employing the above-described design technique.

〔実施例〕〔Example〕

第2図には、この発明が適用されるゲートアレイのレ
イアウト図が示されている。また、第1図には、第2図
のゲートアレイの基本セルBCの一実施例のレイアウト図
が示されている。尚、本願において、基本セルとは、複
数の半導体素子を含むレイアウト上の基本単位と定義さ
れる。第2図のゲートアレイを構成する基本セルBC及び
これらの基本セルBCを構成する第1図の各回路素子は、
特に制限されないが、単結晶シリコンのような1個の半
導体基板上に形成される。
FIG. 2 is a layout diagram of a gate array to which the present invention is applied. FIG. 1 shows a layout diagram of an embodiment of the basic cell BC of the gate array shown in FIG. In the present application, a basic cell is defined as a basic unit on a layout including a plurality of semiconductor elements. The basic cells BC constituting the gate array of FIG. 2 and the circuit elements of FIG.
Although not particularly limited, it is formed over one semiconductor substrate such as single crystal silicon.

第2図において、ゲートアレイは、特に制限されない
が、四角形の半導体基板SUBの周辺部に配置された信号
入出力端子とされる。複数の外部接続端子pad、上記半
導体基板SUBの中央部に規則的に配置され、複数の基本
セルBCを含む内部論理回路、及び、上記内部論理回路と
上記外部端子padとの間に配置された入出力バッファ回
路I/Oとを含む。尚、第2図は、配線チャネルレス型の
ゲートアレイを例示的に示している。ゲートアレイに含
まれる基本セルBCは、特に制限されないが、すべて同一
の構成とされ、例えば第1図に示されるように、3個の
PMOS領域PM1〜PM3と、5個のNMOS領域NM1〜NM5及び4個
のバイポーラトランジスタ領域BT1〜BT4とを含む。この
うち、PMOS領域PM1〜PM3は、比較的大きなコンダクタン
スとされる3個のPチャンネルMOSFETをそれぞれ含む。
また、NMOS領域NM1〜NM3は、比較的大きなコンダクタン
スとされる3個のNチャンネルMOSFETをそれぞれ含み、
NMOS領域NM4は、比較的小さなコンダクタンスとされる
3個のNチャンネルMOSFETを含む。さらに、NMOS領域NM
5は、比較的小さなコンダクタンスとされる1個のNチ
ャンネルMOSFETを含む。また、バイポーラトランジスタ
領域BT1〜BT4は、所定のエミッタサイズたとえば、1×
3μm2とされる1個のバイポーラトランジスタをそれぞ
れ含む。
In FIG. 2, although not particularly limited, the gate array is a signal input / output terminal arranged on the periphery of a square semiconductor substrate SUB. A plurality of external connection terminals pad, an internal logic circuit regularly arranged at the center of the semiconductor substrate SUB, including a plurality of basic cells BC, and an internal logic circuit disposed between the internal logic circuit and the external terminal pad; And an input / output buffer circuit I / O. FIG. 2 exemplarily shows a wiring channelless type gate array. The basic cells BC included in the gate array are not particularly limited, but all have the same configuration. For example, as shown in FIG.
It includes PMOS regions PM1 to PM3, five NMOS regions NM1 to NM5, and four bipolar transistor regions BT1 to BT4. Of these, the PMOS regions PM1 to PM3 include three P-channel MOSFETs each having a relatively large conductance.
The NMOS regions NM1 to NM3 include three N-channel MOSFETs each having a relatively large conductance, respectively.
The NMOS region NM4 includes three N-channel MOSFETs having relatively small conductance. Furthermore, the NMOS region NM
5 includes one N-channel MOSFET which is made relatively small in conductance. The bipolar transistor regions BT1 to BT4 have a predetermined emitter size, for example, 1 ×
One bipolar transistor of 3 μm 2 is included.

各基本セルBCにおいて、PMOS領域PM1を構成する各P
チャンネルMOSFETのソースS及びドレインD間には、特
に制限されないが、ポリシリコンからなるゲートGがそ
れぞれ形成される。これらのゲートGは、NMOS領域NM1
の対応するNチャンネルMOSFETのソース及びドレイン間
に延長される。これにより、PMOS領域PM1の各Pチャン
ネルMOSFETとNMOS領域NM1の対応するNチャンネルMOSFE
Tのゲートは、それぞれ共通結合される。PMOS領域PM1及
びNMOS領域NM1に設けられる3個のPチャンネルMOSFET
及びNチャンネルMOSFETは、この基本セルBCの第1セル
と見なされ、3組のCMOSからなる3入力のCMOS論理ゲー
ト回路あるいはこれに相当する2入力のCMOS論理ゲート
回路及びCMOSインバータ回路(言い換えると、1入力の
CMOS論理ゲート回路)を構成するために利用されること
ができる。
In each basic cell BC, each of the Ps constituting the PMOS region PM1
A gate G made of polysilicon is formed between the source S and the drain D of the channel MOSFET. These gates G are connected to the NMOS regions NM1
Extending between the source and the drain of the corresponding N-channel MOSFET. As a result, each P-channel MOSFET in the PMOS region PM1 and a corresponding N-channel MOSFET in the NMOS region NM1 are
The gates of T are commonly coupled. Three P-channel MOSFETs provided in the PMOS region PM1 and the NMOS region NM1
The N-channel MOSFET and the N-channel MOSFET are regarded as the first cell of the basic cell BC, and a three-input CMOS logic gate circuit composed of three sets of CMOS or a corresponding two-input CMOS logic gate circuit and a CMOS inverter circuit (in other words, , One input
CMOS logic gate circuit).

同様に、PMOS領域PM2の各PチャンネルMOSFETのゲー
トGは、NMOS領域NM2の対応するNチャンネルMOSFETの
ゲートGにそれぞれ共通結合される。これらのPMOS領域
PM2及びNMOS領域NM2に設けられる3個のPチャンネルMO
SFET及びNチャンネルMOSFETは、やはりこの基本セルBC
の第1のセルと見なされ、3組のCMOSからなる3入力論
理ゲート回路あるいはこれに相当する2入力論理ゲート
回路及びCMOSインバータ回路を構成する為に利用される
ことができる。
Similarly, the gate G of each P-channel MOSFET in the PMOS region PM2 is commonly coupled to the gate G of the corresponding N-channel MOSFET in the NMOS region NM2. These PMOS regions
Three P-channel MOs provided in PM2 and NMOS area NM2
The SFET and N-channel MOSFET are also
Can be used to form a three-input logic gate circuit composed of three sets of CMOS or a corresponding two-input logic gate circuit and a CMOS inverter circuit.

一方、PMOS領域PM3の各PチャンネルMOSFETのゲート
Gは、NMOS領域NM4の対応するNチャンネルMOSFETのゲ
ートGにそれぞれ共通結合され、さらにNMOS領域NM3の
対応するNチャンネルMOSFETのゲートGにそれぞれ共通
結合される。PMOS領域PM3に設けられる3個のPチャン
ネルMOSFETとNMOS領域NM3及びNM4に設けられる6個のN
チャンネルMOSFETは、NMOS領域NM5に設けられる1個の
NチャンネルMOSFET及びバイポーラトランジスタ領域BT
1〜BT4に設けられる4個のバイポーラトランジスタとと
もに、この基本セルBCの第2のセルと見なされ、2入力
ないし3入力のBi・CMOS論理ゲート回路あるいはBi・CM
OSインバータ回路(言い換えると、1入力のBi・CMOS複
合論理ゲート回路)を構成する為に利用されることがで
きる。
On the other hand, the gates G of the P-channel MOSFETs in the PMOS region PM3 are commonly coupled to the gates G of the corresponding N-channel MOSFETs in the NMOS region NM4, respectively, and further commonly coupled to the gates G of the corresponding N-channel MOSFETs in the NMOS region NM3. Is done. Three P-channel MOSFETs provided in the PMOS region PM3 and six N-channel MOSFETs provided in the NMOS regions NM3 and NM4
The channel MOSFET includes one N-channel MOSFET provided in the NMOS region NM5 and a bipolar transistor region BT.
Along with the four bipolar transistors provided in 1 to BT4, this is regarded as the second cell of the basic cell BC, and is a 2-input or 3-input Bi-CMOS logic gate circuit or Bi-CM.
It can be used to construct an OS inverter circuit (in other words, a one-input Bi-CMOS composite logic gate circuit).

PMOS領域PM1〜PM3において、それぞれのPチャネルMO
SFETは、各ゲートを不純物導入マスクとし、1ボロンを
半導体基板に導入することによって形成される。NMOS領
域NM1〜NM5において、それぞれのNチャネルMOSFETは、
各ゲートを不純物導入マスクとし、リン又はヒ素を半導
体基板に導入することによって形成される。
In the PMOS regions PM1 to PM3, each P channel MO
The SFET is formed by introducing 1 boron into a semiconductor substrate using each gate as an impurity introduction mask. In the NMOS regions NM1 to NM5, each N-channel MOSFET
Each gate is formed by introducing phosphorus or arsenic into a semiconductor substrate using an impurity introduction mask.

この実施例のゲートアレイにおいて、Bi・CMOS論理ゲ
ート回路は、特に制限されないが、2段階の駆動能力を
選択的に持つことができる。すなわち、Bi・CMOS論理ゲ
ート回路に比較的小さな駆動能力が必要とされるとき、
バイポーラトランジスタ領域BT1及びBT2に形成される2
個のバイポーラトランジスタが出力トランジスタとされ
る。一方Bi・CMOS論理ゲート回路に比較的大きな駆動能
力が必要とされるとき、バイポーラトランジスタ領域BT
3及びBT4に形成される一対のバイポーラトランジスタが
領域BT1及びBT2に形成されたバイポーラトランジスタで
構成された出力段のバイポーラトランジスタにそれぞれ
並列接続される。尚、第8図は第1図の基本セルBC内に
含まれる回路素子を模式的に示している。
In the gate array of this embodiment, the Bi-CMOS logic gate circuit can selectively have two-stage driving capability, although not particularly limited. That is, when a relatively small driving capability is required for the Bi-CMOS logic gate circuit,
2 formed in the bipolar transistor regions BT1 and BT2
The bipolar transistors are output transistors. On the other hand, when relatively large driving capability is required for the Bi-CMOS logic gate circuit, the bipolar transistor region BT
A pair of bipolar transistors formed in 3 and BT4 are respectively connected in parallel to the output stage bipolar transistors formed of the bipolar transistors formed in regions BT1 and BT2. FIG. 8 schematically shows circuit elements included in the basic cell BC of FIG.

第3図には、第2図のゲートアレイにより構成された
論理回路の一例の回路図が部分的に示されている。ま
た、第4図ないし第6図(a)及び(b)は、第3図の
論理回路に含まれるCMOSインバータ回路N1とCMOSナンド
ゲート回路NAG1、Bi・CMOSナンドゲート回路BNA1及びBi
・CMOSノアゲート回路BNO1の回路図をそれぞれ示してい
る。これらの図において、チャンネル(バックゲート)
部に矢印が付加されるMOSFETはPチャンネル型であっ
て、矢印の付加されないNチャンネルMOSFETと区別され
る。また、図示されるバイポーラトランジスタは、すべ
てNPN型トランジスタである。なお、第3図において、
論理回路の具体的な演算条件や各入力信号及び出力信号
の論理条件については、この発明に直接関係ないので、
その詳細な説明を割愛する。
FIG. 3 partially shows a circuit diagram of an example of a logic circuit constituted by the gate array of FIG. FIGS. 4 to 6 (a) and (b) show the CMOS inverter circuit N1, the CMOS NAND gate circuit NAG1 and the Bi / CMOS NAND gate circuits BNA1 and Bi included in the logic circuit of FIG.
The circuit diagrams of the CMOS NOR gate circuit BNO1 are shown respectively. In these figures, the channel (back gate)
The MOSFETs to which arrows are added are P-channel MOSFETs, and are distinguished from N-channel MOSFETs to which no arrows are added. The illustrated bipolar transistors are all NPN transistors. In FIG. 3,
The specific operation conditions of the logic circuit and the logic conditions of each input signal and output signal are not directly related to the present invention.
A detailed description is omitted.

第3図において、論理回路の図示されない回路から供
給される入力信号Aは、特に制限されないが、CMOSイン
バータ回路N1により反転された後、CMOSナンドゲート回
路NAG1の第1の入力端子に供給される。このCMOSナンド
ゲート回路NAG1の第2及び第3の入力端子には、論理回
路の図示されない回路から、入力信号B及びCがそれぞ
れ供給される。CMOSナンドゲート回路NAG1の出力信号
は、CMOSインバータ回路N2によって反転された後、Bi・
CMOSナンドゲート回路BNA1の第1の入力端子に供給され
る。このBi・CMOSナンドゲート回路BNA1の第2及び第3
の入力端子には、論理回路の図示されない回路から入力
信号Dと入力信号Eがそれぞれ供給される。Bi・CMOSナ
ンドゲート回路BNA1の出力信号Fは、Bi・CMOSノアゲー
ト回路BNO1の第1の入力端子に供給されるとともに、論
理回路の他の回路に供給される。Bi・CMOSナンドゲート
回路BNA1の出力信号Fは、合計3個の論理ゲート回路の
入力端子に供給され、そのファンアウトfoは3個とされ
る。尚、ファンアウトとは、1つの回路の出力端子に結
合され、かつ、その回路によってドライブされ次段回路
の入力の数として定義される。
In FIG. 3, an input signal A supplied from a logic circuit (not shown) of the logic circuit is supplied to a first input terminal of a CMOS NAND gate circuit NAG1 after being inverted by a CMOS inverter circuit N1. Input signals B and C are supplied to the second and third input terminals of the CMOS NAND gate circuit NAG1, respectively, from a circuit (not shown) of a logic circuit. After the output signal of the CMOS NAND gate circuit NAG1 is inverted by the CMOS inverter circuit N2,
It is supplied to the first input terminal of the CMOS NAND gate circuit BNA1. The second and third of this Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1
Are supplied with an input signal D and an input signal E from a circuit (not shown) of a logic circuit. The output signal F of the Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1 is supplied to the first input terminal of the Bi-CMOS NOR gate circuit BNO1 and to another circuit of the logic circuit. The output signal F of the Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1 is supplied to the input terminals of a total of three logic gate circuits, and the fan-outs fo are three. Note that the fan-out is defined as the number of inputs to the next-stage circuit that is coupled to the output terminal of one circuit and is driven by that circuit.

ここで、CMOSインバータ回路N1は、第4図に示される
ように、回路の電源電圧VCC及び接地電位GND間にそのソ
ース・ドレイン経路が直列形態に設けられるPチャンネ
ルMOSFETQ1及びNチャンネルMOSFETQ11を含む。これら
のMOSFETQ1及びQ11のゲートは共通結合され、CMOSイン
バータ回路N1の入力端子iとされる。また、上記MOSFET
Q1及びQ11の共通結合されたドレインは、CMOSインバー
タ回路N1の出力端子oとされる。これにより、CMOSイン
バータ回路N1の出力信号oは、入力信号iがハイレベル
とされるとき回路の接地電位のようなロウレベルとさ
れ、入力信号iがロウレベルとされるとき回路の電源電
圧VCCのようなハイレベルとされる。
Here, as shown in FIG. 4, the CMOS inverter circuit N1 includes a P-channel MOSFET Q1 and an N-channel MOSFET Q11 whose source and drain paths are provided in series between the power supply voltage V CC and the ground potential GND of the circuit. . The gates of these MOSFETs Q1 and Q11 are commonly coupled and used as the input terminal i of the CMOS inverter circuit N1. In addition, the above MOSFET
The commonly coupled drain of Q1 and Q11 is used as the output terminal o of the CMOS inverter circuit N1. As a result, the output signal o of the CMOS inverter circuit N1 is at a low level such as the ground potential of the circuit when the input signal i is at a high level, and when the input signal i is at a low level, the power supply voltage V CC of the circuit is reduced. High level like this.

CMOSインバータ回路N2は、上記CMOSインバータ回路N1
と同一の回路構成とされる。
The CMOS inverter circuit N2 is a CMOS inverter circuit N1.
And the same circuit configuration.

この実施例において、上記CMOSインバータ回路N1のMO
SFETQ1は、特に制限されないが、基本セルBC1のPMOS領
域PM1に設けられる第1のPチャンネルMOSFETによって
構成され、MOSFETQ11は、そのNMOS領域NM1に設けられる
第1のNチャンネルMOSFETによって構成される。同様
に、CMOSインバータ回路N2のMOSFETQ1は、特に制限され
ないが、基本セルBCのPMOS領域PM1に設けられる第2又
は第3のPチャンネルMOSFETによってそれぞれ構成さ
れ、MOSFETQ11は、そのNMOS領域NM1に設けられる第2又
は第3のNチャンネルMOSFETによってそれぞれ構成され
る。
In this embodiment, the MO of the CMOS inverter circuit N1 is
Although not particularly limited, the SFET Q1 is configured by a first P-channel MOSFET provided in the PMOS region PM1 of the basic cell BC1, and the MOSFET Q11 is configured by a first N-channel MOSFET provided in the NMOS region NM1. Similarly, the MOSFET Q1 of the CMOS inverter circuit N2 is, although not particularly limited, constituted by a second or third P-channel MOSFET provided in the PMOS region PM1 of the basic cell BC, and the MOSFET Q11 is provided in the NMOS region NM1. It is constituted by a second or third N-channel MOSFET, respectively.

次に、CMOSナンドゲート回路NAG1は、第5図に示され
るように、回路の電源電圧VCC及び接地電位GND間にその
ソースドレイン経路が直列形態に設けられるPチャンネ
ルMOSFETQ2及びNチャンネルMOSFETQ12〜Q14を含む。MO
SFETQ2のソースドレイン経路には、さらにPチャンネル
MOSFETQ3及びQ4のソースドレイン経路が並列形態に設け
られる。MOSFETQ2のゲートは、MOSFETQ12のゲートに共
通結合され、CMOSナンドゲート回路NAG1の第1の入力端
子i1とされる。同様に、MOSFETQ3及びQ4のそれぞれのゲ
ートは、MOSFETQ13及びQ14のゲートにそれぞれ共通結合
され、それぞれCMOSナンドゲート回路NAG1の第2及び第
3の入力端子i2及びi3とされる。これにより、CMOSナン
ドゲート回路NAG1の出力信号oは、入力信号i1〜i3がす
べてハイレベルとされるとき回路の接地電位GNDのよう
なロウレベルとされ、入力信号i1〜i3のいずれかがロウ
レベルとされるとき回路の電源電圧VCCのようなハイレ
ベルとされる。
Next, as shown in FIG. 5, the CMOS NAND gate circuit NAG1 includes a P-channel MOSFET Q2 and N-channel MOSFETs Q12 to Q14 whose source / drain paths are provided in series between the power supply voltage V CC and the ground potential GND of the circuit. Including. MO
In the source / drain path of SFETQ2, additional P channel
The source and drain paths of MOSFETs Q3 and Q4 are provided in parallel. The gate of the MOSFET Q2 is commonly coupled to the gate of the MOSFET Q12, and serves as a first input terminal i1 of the CMOS NAND gate circuit NAG1. Similarly, the gates of the MOSFETs Q3 and Q4 are commonly coupled to the gates of the MOSFETs Q13 and Q14, respectively, and serve as the second and third input terminals i2 and i3 of the CMOS NAND gate circuit NAG1, respectively. As a result, the output signal o of the CMOS NAND gate circuit NAG1 is set to a low level such as the ground potential GND of the circuit when all of the input signals i1 to i3 are set to the high level, and any of the input signals i1 to i3 is set to the low level. At the same time as the power supply voltage V CC of the circuit.

この実施例において、CMOSナンドゲート回路NAG1のP
チャンネルMOSFETQ2〜Q4は、特に制限されないが、上記
基本セルBC1のPMOS領域PM2に設けられる第1〜第3のP
チャンネルMOSFETによって構成される。また、Nチャン
ネルMOSFETQ12〜Q14は、基本セルBC1のNMOS領域NM2に設
けられる第1〜第3のNチャンネルMOSFETによって構成
される。
In this embodiment, the P of the CMOS NAND gate circuit NAG1 is
Although there is no particular limitation on the channel MOSFETs Q2 to Q4, the first to third P MOSFETs provided in the PMOS region PM2 of the basic cell BC1 are provided.
It is composed of a channel MOSFET. Further, the N-channel MOSFETs Q12 to Q14 are configured by first to third N-channel MOSFETs provided in the NMOS region NM2 of the basic cell BC1.

Bi・CMOSナンドゲート回路BNA1は、第6図(a)に示
されるように、回路の電源電圧VCCと接地電位GNDとの間
にそのコレクターエミッタ経路が直列接続されたトーテ
ムポール形態の出力バイポーラトランジスタT1及びT2を
含む。出力トランジスタT1のエミッタ及び出力トランジ
スタT2のコレクタの共通結合されたノードは、Bi・CMOS
ナンドゲート回路BNA1の出力端子oとされる。出力トラ
ンジスタT1のベースと回路の電源電圧VCCとの間には、
そのソースドレインパスが並列形態とされる3個のPチ
ャンネルMOSFETQ5〜Q7が設けられる。また、出力トラン
ジスタT1のベースと回路の接地電位GNDとの間には、そ
のソースドレインパスが直列形態とされる3個のNチャ
ンネルMOSFETQ15〜Q17が設けられる。これらのMOSFETQ5
〜Q7及びQ15〜Q17は、上記第5図と同様な3入力のCMOS
ナンドゲート回路を構成する。一方、出力トランジスタ
T2のベースと出力端子oとの間には、そのソース・ドレ
インパスが直列形態とされる3個のNチャンネルMOSFET
Q18〜Q20が設けられる。また、出力トランジスタT2のベ
ースと回路の接地電位GNDとの間には、そのゲートが出
力端子oに共通結合されるNチャンネルMOSFETQ21が設
けられる。MOSFETQ18〜Q20のゲートは、対応する上記MO
SFETQ15〜Q17のゲートにそれぞれ共通結合され、それぞ
れBi・CMOSナンドゲート回路BNA1の第1〜第3の入力端
子i1〜i3とされる。これにより、Bi・CMOSナンドゲート
回路BNA1の出力信号oは、入力信号i1〜i3がともにハイ
レベルとされるとき、回路の電源電圧VCCよりも出力ト
ランジスタT1のベース・エミッタ電圧分だけ低いハイレ
ベルとされ、入力信号i1〜i3のいずれかがロウレベルと
されるとき、回路の接地電位よりも出力トランジスタT2
のベース・エミッタ電圧分だけ高いロウレベルとされ
る。
Bi · CMOS NAND gate circuit BNA1, as shown in FIG. 6 (a), the output bipolar transistor of the totem-pole form the collector-emitter paths connected in series between the power supply voltage V CC of the circuit and the ground potential GND Includes T1 and T2. The common-coupled node of the emitter of the output transistor T1 and the collector of the output transistor T2 is a BiCMOS
This is the output terminal o of the NAND gate circuit BNA1. Between the base of the output transistor T1 and the power supply voltage V CC of the circuit,
Three P-channel MOSFETs Q5 to Q7 whose source drain paths are arranged in parallel are provided. Further, between the base of the output transistor T1 and the ground potential GND of the circuit, three N-channel MOSFETs Q15 to Q17 whose source / drain paths are in series are provided. These MOSFETs Q5
-Q7 and Q15-Q17 are the same 3-input CMOS as in FIG.
Configure a NAND gate circuit. Meanwhile, the output transistor
Three N-channel MOSFETs whose source / drain paths are connected in series between the base of T2 and the output terminal o.
Q18 to Q20 are provided. Further, an N-channel MOSFET Q21 whose gate is commonly coupled to the output terminal o is provided between the base of the output transistor T2 and the ground potential GND of the circuit. The gates of MOSFETs Q18 to Q20 are
The gates of the SFETs Q15 to Q17 are commonly coupled to the first to third input terminals i1 to i3 of the Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1, respectively. Thus, the output signal o of the Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1 when the input signal i1~i3 are both high level, the base-emitter voltage of only low high level of the output transistor T1 than the power supply voltage V CC of the circuit When any of the input signals i1 to i3 is at a low level, the output transistor T2 is higher than the ground potential of the circuit.
Is set to a low level that is higher by the base-emitter voltage.

この実施例において、Bi・CMOSナンドゲート回路BNA1
の出力トランジスタT1及びT2は、特に制限されないが、
上記基本セルBC1のバイポーラトランジスタ領域BT1及び
BT2に設けられるバイポーラトランジスタによってそれ
ぞれ構成される。また、PチャンネルMOSFETQ5〜Q7及び
NチャンネルMOSFETQ15〜Q17は、基本セルBC1のPMOS領
域PM3及びNMOS領域NM3に設けられる第1〜第3のPチャ
ンネルMOSFET及びNチャンネルMOSFETによってそれぞれ
構成される。さらに、NチャンネルMOSFETQ18〜Q20は、
基本セルBC1のNMOS領域NM4に設けられる第1〜第3のN
チャンネルMOSFETによってそれぞれ構成され、Nチャン
ネルMOSFETQ21は、そのNMOS領域NM5に設けられる1個の
NチャンネルMOSFETによって構成される。
In this embodiment, a Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1
Although the output transistors T1 and T2 are not particularly limited,
The bipolar transistor region BT1 of the basic cell BC1 and
Each is constituted by a bipolar transistor provided in BT2. Further, the P-channel MOSFETs Q5 to Q7 and the N-channel MOSFETs Q15 to Q17 are respectively constituted by first to third P-channel MOSFETs and N-channel MOSFETs provided in the PMOS region PM3 and the NMOS region NM3 of the basic cell BC1. Further, the N-channel MOSFETs Q18 to Q20 are
The first to third N provided in the NMOS region NM4 of the basic cell BC1
Each N-channel MOSFET Q21 is constituted by one N-channel MOSFET provided in its NMOS region NM5.

ところで、第3図の実施例において、Bi・CMOSナンド
ゲート回路BNA1のファンアウトfoは3とされるため、Bi
・CMOSナンドゲート回路BNA1の出力段はそれぞれ一対の
トランジスタT1及びT2によって構成される。Bi・CMOSナ
ンドゲート回路BNA1に比較的大きな駆動能力が必要とさ
れる場合、すなわち、ファンアウトfoが、たとえば7以
上とされる場合、第6図(a)に点線で示されるよう
に、出力トランジスタT1及びT2に、出力トランジスタT3
及びT4がそれぞれ並列形態に設けられる。これらの出力
トランジスタT3及びT4は、特に制限されないが、基本セ
ルBC1のバイポーラトランジスタ領域BT3及びBT4に設け
られる一対のバイポーラトランジスタによってそれぞれ
構成される。
By the way, in the embodiment of FIG. 3, since the fan-out fo of the Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1 is set to 3,
The output stage of the CMOS NAND gate circuit BNA1 is composed of a pair of transistors T1 and T2, respectively. When a relatively large driving capability is required for the Bi-CMOS NAND gate circuit BNA1, that is, when the fan-out fo is, for example, 7 or more, as shown by a dotted line in FIG. The output transistor T3 is connected to T1 and T2.
And T4 are each provided in a parallel configuration. Although not particularly limited, these output transistors T3 and T4 are respectively constituted by a pair of bipolar transistors provided in the bipolar transistor regions BT3 and BT4 of the basic cell BC1.

第3図において、Bi・CMOSノアゲート回路BNO1の第2
及び第3の入力端子には、論理回路の図示されない回路
から入力信号Gと入力信号HのCMOSインバータ回路N3に
よる反転信号がそれぞれ供給される。Bi・CMOSノアゲー
ト回路BNO1の出力信号Kは、CMOSナンドゲート回路NAG2
の第1の入力端子に供給されるとともに、論理回路の図
示されない回路に供給される。Bi・CMOSノアゲート回路
BNO1の出力信号Kは、合計8個の論理ゲート回路の入力
端子に供給され、そのファンアウトfoは8個とされる。
上記CMOSナンドゲート回路NAG2の第2の入力端子には、
論理回路の図示されない回路から入力信号Iが供給さ
れ、その第3の入力端子には、CMOSノアゲート回路NOG1
の出力信号が供給される。このCMOSノアゲート回路NOG1
の第1の入力端子には、上記CMOSインバータ回路N3の出
力信号が供給され、その第2の入力端子には、論理回路
の図示されない回路から入力信号Jが供給される。
In FIG. 3, the second circuit of the Bi-CMOS NOR gate circuit BNO1 is shown.
The third input terminal is supplied with an input signal G and an inverted signal of the input signal H by a CMOS inverter circuit N3 from a circuit (not shown) of a logic circuit. The output signal K of the Bi-CMOS NOR gate circuit BNO1 is the CMOS NAND gate circuit NAG2
, And to a logic circuit (not shown) of the logic circuit. Bi-CMOS NOR gate circuit
The output signal K of BNO1 is supplied to the input terminals of a total of eight logic gate circuits, and the fan-outs fo are eight.
The second input terminal of the CMOS NAND gate circuit NAG2 includes:
An input signal I is supplied from a circuit (not shown) of a logic circuit, and a third input terminal thereof is connected to a CMOS NOR gate circuit NOG1.
Are supplied. This CMOS NOR gate circuit NOG1
The first input terminal is supplied with an output signal of the CMOS inverter circuit N3, and the second input terminal thereof is supplied with an input signal J from a logic circuit (not shown).

ここで、CMOSインバータ回路N3は、上記CMOSインバー
タ回路N1〜N2と同一の回路構成とされ、特に制限されな
いが、基本セルBC2のPMOS領域PM1に設けられる第1のP
チャンネルMOSFETと、そのNMOS領域NM1に設けられる第
1のNチャンネルMOSFETによって構成される。同時に、
CMOSナンドゲート回路NAG2は、上記ナンドゲート回路NA
G1と同一の回路構成とされ、特に制限されないが基本セ
ルBC2のPMOS領域PM2に設けられる3個のPチャンネルMO
SFETと、そのNMOS領域NM2に設けられる3個のNチャン
ネルMOSFETによって構成される。
Here, the CMOS inverter circuit N3 has the same circuit configuration as the above-described CMOS inverter circuits N1 to N2, and is not particularly limited, but is not limited to the first P1 provided in the PMOS region PM1 of the basic cell BC2.
It comprises a channel MOSFET and a first N-channel MOSFET provided in the NMOS region NM1. at the same time,
The CMOS NAND gate circuit NAG2 is based on the NAND gate circuit NA.
The circuit configuration is the same as that of G1, and although not particularly limited, three P-channel MOs provided in the PMOS region PM2 of the basic cell BC2
It is composed of an SFET and three N-channel MOSFETs provided in its NMOS region NM2.

次に、CMOSノアゲート回路NOG1は、上記ナンドゲート
回路NAG1及びNAG2から類推できるように、回路の電源電
圧VCC及び接地電位の間に直列形態に設けられ、直列形
態とされる2個のPチャンネルMOSFETと並列形態とされ
る2個のNチャンネルMOSFETを含む。この実施例におい
て、CMOSノアゲート回路NOG1を構成する2個のPチャン
ネルMOSFETは、特に制限されないが、上記基本セルBC2
のPMOS領域PM1に設けられる第2及び第3のPチャンネ
ルMOSFETと、そのNMOS領域NM1に設けられる第2及び第
3のNチャンネルMOSFETによって構成される。
Then, CMOS NOR gate NOG1, as can be inferred from the NAND gate circuit NAG1 and NAG2, provided in series between the power supply voltage V CC and the ground potential of the circuit, two P-channel MOSFET is in series form And two N-channel MOSFETs arranged in parallel. In this embodiment, the two P-channel MOSFETs that constitute the CMOS NOR gate circuit NOG1 are not particularly limited, but the basic cell BC2
And the second and third N-channel MOSFETs provided in the NMOS region NM1.

Bi・CMOSノアゲート回路BNO1は、第6図(b)に示さ
れるように、回路の電源電圧VCC及び接地電位の間にト
ーテムポール形態に設けられる2個の出力トランジスタ
T1及びT2を基本構成とする。上記出力トランジスタT1の
前段には、CMOSノアゲート回路を構成する3個のPチャ
ンネルMOSFETQ22〜Q24及び3個のNチャンネルMOSFETQ2
5〜Q27が設けられ、上記出力トランジスタT2のコレクタ
及びベース間には、そのソース・ドレイン経路が並列形
態とされる3個のNチャンネルMOSFETQ28〜Q30が設けら
れる。また、上記出力トランジスタT2のベースと回路の
接地電位GNDとの間には、そのゲートが出力トランジス
タT2のコレクタに結合される1個のNチャンネルMOSFET
Q31が設けられる。これらのトランジスタT1及びT2なら
びに各MOSFETQ22〜Q31は、基本セルBC2のPMOS領域PM3と
NMOS領域NM3ないしNM5ならびにバイポーラトランジスタ
領域BT1及びBT2に設けられる各回路素子によって構成さ
れる。第3図の実施例において、Bi・CMOSノアゲート回
路BNO1のファンアウトfoは8とされるため、出力トラン
ジスタT1及びT2には、一対の出力トランジスタT3及びT4
がそれぞれ並列形態に設けられる。言うまでもなく、こ
れらのトランジスタT3及びT4は、基本セルBC2のバイポ
ーラトランジスタ領域BT3及びBT4に設けられる一対のバ
イポーラトランジスタによって構成される。第9図は、
第3図の論理回路を、第8図に示された基本セルBCを2
個用いて構成した場合の結線状態を示している。同図に
示される電源配線VCC及びGNDは1層目アルミニウム配線
で形成することができる。また、回路素子間の結線は、
1層目アルミニウム配線と2層目アルミニウム配線など
を用いて形成することができる。
Bi · CMOS NOR gate BNO1, as shown in FIG. 6 (b), 2 pieces of output transistor provided in totem pole form between the power supply voltage V CC and the ground potential of the circuit
Let T1 and T2 be the basic configuration. In the preceding stage of the output transistor T1, three P-channel MOSFETs Q22 to Q24 and three N-channel MOSFETs Q2 constituting a CMOS NOR gate circuit are provided.
5 to Q27 are provided, and between the collector and base of the output transistor T2, three N-channel MOSFETs Q28 to Q30 whose source / drain paths are arranged in parallel are provided. One N-channel MOSFET whose gate is coupled to the collector of the output transistor T2 is provided between the base of the output transistor T2 and the ground potential GND of the circuit.
Q31 is provided. These transistors T1 and T2 and each of the MOSFETs Q22 to Q31 are connected to the PMOS region PM3 of the basic cell BC2.
It is constituted by respective circuit elements provided in the NMOS regions NM3 to NM5 and the bipolar transistor regions BT1 and BT2. In the embodiment shown in FIG. 3, since the fan-out fo of the Bi-CMOS NOR gate circuit BNO1 is 8, a pair of output transistors T3 and T4 are connected to the output transistors T1 and T2.
Are provided in parallel form. Needless to say, these transistors T3 and T4 are constituted by a pair of bipolar transistors provided in the bipolar transistor regions BT3 and BT4 of the basic cell BC2. Fig. 9
The logic circuit of FIG. 3 is replaced with the basic cell BC shown in FIG.
This figure shows a connection state in the case of using a plurality of components. The power supply wirings V CC and GND shown in the figure can be formed by a first-layer aluminum wiring. The connection between circuit elements is
It can be formed using a first layer aluminum wiring, a second layer aluminum wiring, or the like.

上記ではバイポーラトランジスタT1及びT3(T2及びT
4)をそれぞれ個別に形成して、並列接続する例につい
て述べたが、第6図(c)に示すように変更できる。す
なわち1つのバイポーラトランジスタBiPに2つのエミ
ッタE1及びE2を設けて接続するようにしても良い。
In the above, the bipolar transistors T1 and T3 (T2 and T3
4), the example in which each is formed individually and connected in parallel has been described, but can be changed as shown in FIG. 6 (c). That is, two emitters E1 and E2 may be provided and connected to one bipolar transistor BiP.

第6図(a)は、第6図(c)のバイポーラトランジ
スタBiPのレイアウト図の例が示されている。同図から
わかる様に、バイポーラトランジスタBiPは、N型のコ
レクタ領域C内に形成されたP型のベース領域B及びそ
のベース領域B内に分割形成された2つのN+型エミッタ
領域E1,E2を含むように形成することができる。
FIG. 6 (a) shows an example of a layout diagram of the bipolar transistor BiP of FIG. 6 (c). As can be seen from the figure, the bipolar transistor BiP has a P-type base region B formed in an N-type collector region C and two N + -type emitter regions E1, E2 formed separately in the base region B. Can be formed.

以上のように、この実施例のゲートアレイは、格子状
に配置される複数の基本セルBCを含む。これらの基本セ
ルBCは、3入力のCMOS論理ゲート回路あるいはそれに相
当する2入力のCMOS論理ゲート回路又はCMOSインバータ
回路(言い換えると、1入力のCMOS論理ゲート回路)を
組み合わせて構成しうる2組の第1のセルと、2入力な
いし3入力のBi・CMOS論理ゲート回路又はBi・CMOSイン
バータ回路(言い換えると、1入力のBi・CMOS複合論理
ゲート回路)を構成しうる1組の第2セルをそれぞれ含
む。また、上記Bi・CMOS論理ゲート回路に比較的大きな
駆動能力が必要とされるとき選択的に用いられる一対の
バイポーラトランジスタをそれぞれ含む。
As described above, the gate array of this embodiment includes a plurality of basic cells BC arranged in a lattice. These basic cells BC are composed of two sets of three-input CMOS logic gate circuits or equivalent two-input CMOS logic gate circuits or CMOS inverter circuits (in other words, one-input CMOS logic gate circuits). A first cell and a set of second cells that can constitute a two-input or three-input Bi-CMOS logic gate circuit or a Bi-CMOS inverter circuit (in other words, a one-input Bi-CMOS composite logic gate circuit) Include each. Further, the Bi-CMOS logic gate circuit includes a pair of bipolar transistors which are selectively used when relatively large driving capability is required.

CMOS論理ゲート回路の伝達遅延時間tpdは、第7図に
示されるように、そのファンアウトfoが少なく負荷容量
CLが比較的小さくされるとき、Bi・CMOS論理ゲート回路
に比較して小さくされ、その負荷容量CLが比較的大きく
されるとき、逆にBi・CMOS論理ゲート回路に比較して大
きくされる。一方、Bi・CMOS論理ゲート回路の伝達遅延
時間tpdは、その出力トランジスタのエミッタサイズES
が小さくされるに従って、同様な負荷依存性を呈する。
このため、第3図の論理回路では、インバータ回路N1〜
N3やナンドゲート回路NAG1〜NAG2及びノナゲート回路NO
G1のように、その負荷容量CLが例えばCaより小さくてす
むような1個又は2個のファンアウトとしか必要とされ
ない論理ゲート回路が、各基本セルBCの第1のセルによ
って構成され、また、ナンドゲート回路BNA1やノアゲー
ト回路BNO1のように、その負荷容量CLが例えばCbを超え
るような比較的多くのファンアウトを必要とする論理ゲ
ート回路が、各基本セルBCの第2のセルによって構成さ
れる。さらに、ノアゲート回路BNO1のように、その負荷
容量CLがCcを超えるような8個のファンアウトを必要と
するBi・CMOS複合論理ゲート回路については、トーテム
ポール形態とされる出力トランジスタがそれぞれ並列形
態とされる2個のバイポーラトランジスタによって構成
され、エミッタサイズESが拡大されることで、その駆動
能力が高められる。
As shown in FIG. 7, the transmission delay time tpd of the CMOS logic gate circuit has a small fan-out fo and a small load capacity.
When CL is made relatively small, it is made smaller as compared with the Bi-CMOS logic gate circuit, and when its load capacitance CL is made relatively large, conversely, it is made larger as compared with the Bi-CMOS logic gate circuit. On the other hand, the transmission delay time tpd of the Bi-CMOS logic gate circuit depends on the emitter size ES of the output transistor.
Exhibit a similar load dependency as is reduced.
For this reason, in the logic circuit of FIG.
N3 and NAND gate circuits NAG1 to NAG2 and nonagate circuit NO
A logic gate circuit such as G1 which requires only one or two fan-outs whose load capacitance CL is smaller than Ca, for example, is constituted by the first cell of each basic cell BC, A logic gate circuit such as the NAND gate circuit BNA1 and the NOR gate circuit BNO1 which requires a relatively large number of fanouts whose load capacitance CL exceeds, for example, Cb is constituted by the second cell of each basic cell BC. You. Further, for a Bi / CMOS composite logic gate circuit such as the NOR gate circuit BNO1 which requires eight fan-outs whose load capacitance CL exceeds Cc, the output transistors in the totem pole form are each in a parallel form. , And the driving capability is enhanced by increasing the emitter size ES.

すなわち、CMOS論理ゲート回路の伝達遅延時間tpd(M
OS)は、下式の様に表現される。
That is, the transmission delay time tpd (M
OS) is expressed as shown below.

tpd(MOS)=t0+VLT・CL/ID ……(1) VLT:論理しきい値 ID :MOSのドレイン電流 t0 :負荷容量CLに依存しない遅延時間で、X/IDの関数
を含む。Xは正の実数を示す。
tpd (MOS) = t 0 + V LT · C L / I D ...... (1) V LT: logical threshold I D: MOS drain current t 0: the delay time independent of the load capacitance C L, X / Including ID functions. X indicates a positive real number.

Bi・CMOS論理ゲート回路の平均伝達遅延時間tpd(BiC
MOS)〔=(tPHL+tPLH)/2〕は、下式の様に表現され
る。
Average propagation delay time tpd (BiC
MOS) [= (t PHL + t PLH ) / 2] is expressed as in the following equation.

tpd(BiCMOS)=t1+VLT・CL/(nβ・ID) ……(2) VLT:論理しきい値 ID :MOSのドレイン電流 β :バイポーラトランジスタのエミッタ接地電流増幅
率 t1 :負荷容量CLに依存しない遅延時間でY(n)/2ID
Z(n)/n・β・IDの和で表現される。
tpd (BiCMOS) = t 1 + V LT · C L / (nβ · I D) ...... (2) V LT: logical threshold I D: MOS drain current beta: grounded emitter current amplification factor of the bipolar transistor t 1 : the delay time independent of the load capacitance C L Y (n) / 2I D
It is expressed by the sum of Z (n) / n · β · ID .

n :エミッタ面積、たとえば、1×3μm2を1とし
た場合のエミッタ面積比 尚、Y(n)及びZ(n)は下式の様に表現される。
n: Emitter area, for example, emitter area ratio when 1 × 3 μm 2 is set to 1. Incidentally, Y (n) and Z (n) are expressed by the following equations.

Y(n)=VBE(2nCCB+2nCBE+CNS+CPD)+ VLT(4nCCB+2CPD) Z(n)=VLT(nCsub+CND) VBE :バイポーラ・トランジスタのベース・エミッタ
間電圧, CCB :バイポーラ・トランジスタのコレクタ・ベース
間容量, CBE :バイポーラ・トランジスタのベース・エミッタ
間容量, Csub:バイポーラ・トランジスタのコレクタ・基板間
容量, CPD :PMOSFETのドレイン容量, CND :NMOSFETのドレイン容量, CNS :NMOSFETのソース容量, これらの容量CCB〜CNSは、後述される第12図に示され
る寄生容量CCB1〜CNSに対応する。尚、上記において、
容量CCBは, CCB=CCB1=CCB2に、容量CBEはCBE=CBE1=CBE2に対
応する。
Y (n) = V BE ( 2nC CB + 2nC BE + C NS + C PD) + V LT (4nC CB + 2C PD) Z (n) = V LT (nC sub + C ND) V BE: base-emitter of the bipolar transistor Voltage, C CB : Collector-base capacitance of bipolar transistor, C BE : Collector-base capacitance of bipolar transistor, C sub : Collector-substrate capacitance of bipolar transistor, C PD : Drain capacitance of PMOSFET, C ND: drain capacitance of NMOSFET, C NS: source capacitance of the NMOSFET, these capacitance C CB -C NS corresponds to the parasitic capacitance C CB1 -C NS shown in FIG. 12 to be described later. In the above,
The capacity C CB corresponds to C CB = C CB1 = C CB2 , and the capacity C BE corresponds to C BE = C BE1 = C BE2 .

尚、条件としては、周囲温度Ta=25℃電源VCC=5V,で
ある。MOSFETはたとえば、1.3μmプロセスによって形
成され、そのゲート長を1.2μm、そのゲート幅を30μ
mとされる。一方、バイポーラトランジスタは、エミッ
タ面積を1×3μm3、しゃだん周波数を7GHz、エミッタ
接地電流増幅率を100とされる。
The condition is that the ambient temperature is Ta = 25 ° C. and the power supply V CC is 5V. The MOSFET is formed by, for example, a 1.3 μm process and has a gate length of 1.2 μm and a gate width of 30 μm.
m. On the other hand, the bipolar transistor has an emitter area of 1 × 3 μm 3 , a shut-off frequency of 7 GHz, and a grounded emitter current amplification factor of 100.

上記式(1)から理解できるように、CMOS回路の伝達
遅延時間tpd(MOS)は、ドレイン電流IDすなわち、コン
ダクタンスgmが増加するとその傾(VLT・CL/ID)は減少
する。一方、式(2)から理解できるように、Bi・CMOS
回路の伝達遅延時間tpd(Bi・CMOS)は、バイポーラト
ランジスタのエミッタ面積比nが増加すると、その傾
(VLT・CL/n・β・ID)は、減少する。ちなみに、n=
2の場合(Bi・CMOS(ES:2))の傾きは、n=1の場合
の1/2の傾とされ、n=4の場合(Bi・CMOS(ES:4))
の傾きは、n=1の場合の1/4の傾きとされる。
As can be understood from the above equation (1), transmission delay time of the CMOS circuit tpd (MOS), that the drain current I D, the conductance gm increases its inclination (V LT · C L / I D) decreases. On the other hand, as can be understood from equation (2), Bi · CMOS
Transmission delay time of the circuit tpd (Bi · CMOS), when the emitter area ratio n of the bipolar transistor increases, the inclination (V LT · C L / n · β · I D) decreases. By the way, n =
In the case of 2 (Bi.CMOS (ES: 2)), the inclination is 1/2 of that in the case of n = 1, and in the case of n = 4 (Bi.CMOS (ES: 4))
Is assumed to be 1/4 that of n = 1.

さらに、式(1)において、負荷容量CLに依存しない
遅延時間t0は、ドレイン電流IDの増加によって減少す
る。また式(2)において、負荷容量CLに依存しない遅
延時間t1は、第7図に示される様にエミッタ面積比nの
増加によって増加する。
Furthermore, in the equation (1), the load capacitance C L-independent delay time t 0 is reduced by an increase in the drain current I D. In equation (2), the delay time t 1 independent of the load capacitance C L increases as the emitter area ratio n increases, as shown in FIG.

したがって、本発明にしたがうゲートアレイにおい
て、使用される論理回路の種類は、そのゲートアレイ内
に作り込まれたPチャンネル及びNチャンネルMOSFETの
デバイスパラメータ及びバイポーラ・トランジスタのデ
バイスパラメータにより求められるところのCMOS回路、
エミッタ面積比が1の第1Bi・CMOS回路及びエミッタ面
積比が1以上の第2Bi・CMOS回路の伝達遅延時間tpd対負
荷容量CLのグラフによって決定される。すなわち、各々
の論理回路の負荷容量CLを最も高速で充電及び成電可能
な種類の論理回路が、CMOS回路、第1Bi・CMOS回路及び
第2Bi・CMOS回路の中から、伝達遅延時間対負荷容量CL
のグラフを参照し、択一的に選択される。
Therefore, in the gate array according to the present invention, the type of logic circuit used depends on the device parameters of the P-channel and N-channel MOSFETs built in the gate array and the device parameters of the bipolar transistor. circuit,
Emitter area ratio is the 1Bi · CMOS circuit and the emitter area ratio of 1 is determined by one or more graphs of the transmission delay time tpd versus load capacitance C L of the 2Bi · CMOS circuit. In other words, the load capacitance C L charging fastest to and Naruden possible types of logic circuits of the logic circuit of each, CMOS circuits, among the first 1Bi · CMOS circuit and the 2Bi · CMOS circuit, transmission delay time versus load Capacity C L
Referring to the graph of FIG.

実際のゲートアレイの設計においては、インバータ回
路、2入力ノア回路2入力ナンド回路、3入力ノア回路
及び3入力ナンド回路などの各論理回路について対応す
る論理回路を実現する、CMOS回路、第1Bi・CMOS回路及
び第2Bi・CMOS回路の伝達遅延時間tpd対負荷容量CLの関
係が求められる。そして、注目されている論理回路の負
荷容量CLの値が計算されるとともに対応する論理回路の
伝達遅延時間tpd対負荷容量CLの関係及び上記計算され
た負荷容量CLの値とから、最適な回路形態が選択され
る。
In the actual design of the gate array, a CMOS circuit that implements a corresponding logic circuit for each logic circuit such as an inverter circuit, a two-input NOR circuit, a two-input NAND circuit, a three-input NOR circuit, and a three-input NAND circuit, includes relationship CMOS circuit and the 2Bi · CMOS circuit transmission delay time of tpd versus load capacitance C L is obtained. Then, from the value of the relationship and the calculated load capacitance C L of the transmission delay time tpd versus load capacitance C L of the corresponding logic circuit and with the value of the load capacitance C L of the logic circuit is noted is calculated, The optimal circuit configuration is selected.

これにより、この実施例のゲートアレイは、各基本セ
ルBCの回路素子が無駄なく利用されることでその素子利
用効率が高められ、結果的に高集積化が図られる。ま
た、各論理ゲート回路に必要とされる駆動能力に応じ
て、CMOS論理ゲート回路あるいはBi・CMOS論理ゲート回
路が効率的に選択され、かつBi・CMOS論理ゲート回路の
駆動能力が段階的に切り換えられることで、伝達遅延時
間tpdが最適化される。その結果、ゲートアレイによっ
て構成される論理回路等の動作が高速化されるものであ
る。
As a result, in the gate array of this embodiment, the circuit element of each basic cell BC is used without waste, the element use efficiency is increased, and as a result, high integration is achieved. In addition, the CMOS logic gate circuit or the Bi-CMOS logic gate circuit is efficiently selected according to the driving capacity required for each logic gate circuit, and the driving capacity of the Bi-CMOS logic gate circuit is switched in steps. Thus, the transmission delay time tpd is optimized. As a result, the operation of a logic circuit or the like constituted by the gate array is speeded up.

以上の本実施例に示されるように、この発明をゲート
アレイに適用することで、次のような効果が得られる。
すなわち、 (1) ゲートアレイの基本セルは、基本的にCMOS論理
ゲート回路を構成するために用いられる第1のセル及び
基本的にBi・CMOS論理ゲート回路を構成するために用い
られる第2のセルを所定の比率で含み、またBi・CMOS論
理ゲート回路に比較的大きな駆動能力が必要とされると
き選択的に用いられる一対のバイポーラトランジスタを
含む。それによって、各論理ゲート回路に必要とされる
駆動能力に応じて、CMOS論理ゲート回路及びBi・CMOS論
理ゲート回路を無駄なく効率的に構成できるという効果
が得られる。
As shown in the present embodiment, by applying the present invention to a gate array, the following effects can be obtained.
That is, (1) The basic cell of the gate array is basically a first cell used for forming a CMOS logic gate circuit and a second cell basically used for forming a Bi-CMOS logic gate circuit. It includes cells in a predetermined ratio and includes a pair of bipolar transistors that are selectively used when relatively large driving capability is required for the Bi-CMOS logic gate circuit. As a result, there is an effect that the CMOS logic gate circuit and the Bi-CMOS logic gate circuit can be efficiently configured without waste according to the driving capability required for each logic gate circuit.

(2) 上記(1)項において、Bi・CMOS論理ゲート回
路に必要とされる駆動能力に応じて、その出力トランジ
スタに上記バイポーラトランジスタを並列接続すること
で、Bi・CMOS複合論理ゲート回路の構成及び駆動能力を
最適化できるという効果が得られる。
(2) In the above item (1), the bipolar transistor is connected in parallel to the output transistor thereof in accordance with the driving capability required for the Bi-CMOS logic gate circuit, whereby the configuration of the Bi-CMOS composite logic gate circuit is achieved. In addition, the effect that the driving capability can be optimized can be obtained.

(3) 上記(1)項及び(2)項により、実質的にゲ
ートアレイの回路素子数を削減し、その高集積化を図る
ことができるという効果が得られる。
(3) According to the above items (1) and (2), the effect is obtained that the number of circuit elements in the gate array can be substantially reduced and the degree of integration can be increased.

(4) 上記(1)項及び(2)項により、上記ゲート
アレイによって構成される論理回路等の伝達遅延時間を
縮小し、その動作を高速化できるという効果が得られ
る。
(4) According to the above items (1) and (2), an effect is obtained that the transmission delay time of a logic circuit or the like constituted by the gate array can be reduced and the operation thereof can be speeded up.

上記実施例においては、主に、4個のバイポーラトラ
ンジスタBT1〜BT4を含む1つの基本セルBCについて説明
したが、それに限定されるものではなく、2個のバイポ
ーラトランジスタを含む1つの基本セルのレイアウトを
工夫することによっても、同様な効果を達成することが
可能である。尚、以下に説明される図面の参照番号は、
第1図から第9図に付された参照番号と重複するものが
あるけれども、異なったものと理解されたい。
In the above embodiment, one basic cell BC including four bipolar transistors BT1 to BT4 has been mainly described. However, the present invention is not limited to this, and the layout of one basic cell including two bipolar transistors BT1 to BT4 is not limited thereto. By devising the above, the same effect can be achieved. It should be noted that reference numerals in the drawings described below are:
It should be understood that some of the reference numbers in FIGS. 1 to 9 overlap, but are different.

第10図は、本発明の他の実施例を示すもので、おのお
のが2個のバイポーラトランジスタを含む4つの基本セ
ルBC1〜BC4の最適なレイアウト図を示している。同図に
示された基本セルBC1〜BC4のレイアウトの特徴が説明さ
れる前にまず、第10図に示される基本セルBC1の特徴が
説明される。
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention, and shows an optimum layout diagram of four basic cells BC1 to BC4 each including two bipolar transistors. Before describing the layout features of the basic cells BC1 to BC4 shown in FIG. 10, the features of the basic cell BC1 shown in FIG. 10 will be described first.

基本セルBC1は、2つのバイポーラトランジスタB1及
びB2、上記バイポーラトランジスタB1とB2との間に配置
されたPチャネル型MOSFET領域P1及びNチャネルMOSFET
領域N1、及びPチャネル型MOSFET領域P2及びP3及びNチ
ャネル型MOSFET領域N2〜N6を含む。領域P1には、2本の
ポリシリコンからなるゲート電極Gが形成されるととも
に、そのゲート電極Gは領域N1上に延在される。その結
果、領域P1には2つのPMOSFETが、領域N1には2つのNMO
SFETが形成される。また、領域P2及びP3には、それぞれ
3本のポリシリコンからなるゲート電極が形成されると
ともに、それらのゲート電極は、領域N2,N4及び領域N3,
N5上に延在される。その結果、領域P2及びP3にはそれぞ
れ3つのPMOSFETが、領域N2,N3,N4,N5にはそれぞれ3個
のNMOSFETが形成される。さらに、領域N6には1本のポ
リシリコンからなるゲート電極Gが形成され、1つのNM
OSFETが形成される。第11図は、基本セルBC1の等価図を
示している。
The basic cell BC1 includes two bipolar transistors B1 and B2, a P-channel MOSFET region P1 and an N-channel MOSFET disposed between the bipolar transistors B1 and B2.
It includes a region N1, P-channel MOSFET regions P2 and P3, and N-channel MOSFET regions N2 to N6. In the region P1, a gate electrode G made of two polysilicons is formed, and the gate electrode G extends over the region N1. As a result, two PMOSFETs are provided in the region P1, and two NMOs are provided in the region N1.
An SFET is formed. Further, a gate electrode made of three polysilicons is formed in each of the regions P2 and P3, and the gate electrodes are formed in the regions N2 and N4 and the regions N3 and N3.
Extended over N5. As a result, three PMOSFETs are formed in the regions P2 and P3, respectively, and three NMOSFETs are formed in the regions N2, N3, N4, and N5. Further, a gate electrode G made of one polysilicon is formed in the region N6, and one NM is formed.
An OSFET is formed. FIG. 11 shows an equivalent diagram of the basic cell BC1.

領域P1及びN1に形成されたMOSFETは、それぞれゲート
長1.2μm,ゲート幅15μmとされ、領域P2,P3,N2及びN3
に形成されたMOSFETは、それぞれゲート長1.2μm,ゲー
ト幅30μmとされる。したがって、領域P1及びN1のP及
びNチャネルMOSFETの駆動能力は、領域P2及びN2又はP3
及びN3のP及びNチャネルMOSFETの駆動能力より小さく
される。たとえば、第11図にQ100〜Q105で示されるMOSF
ET及びB1,B2で示されるバイポーラトランジスタを用い
て第12図に示されるような回路を形成した場合を考えて
みる。CMOSインバータINVはゲート幅の小さくされたPMO
SFETQ100及びNMOSFETQ101によって構成される。一方、
バイポーラ・CMOSインバータ回路BINVは、そのCMOSイン
バータINVの出力によって、その入力が駆動される。こ
のバイポーラ・CMOSインバータBINVは、トーテンポール
形態のバイポーラ出力トランジスタB1及びB2、バイポー
ラトランジスタB1のベースを駆動するためのPMOSFETQ10
2及びNMOSFETQ103で構成されたCMOSインバータ、及びバ
イポーラトランジスタB2のベースを駆動するNMOSFETQ10
4及びQ105を含む。
The MOSFETs formed in the regions P1 and N1 have a gate length of 1.2 μm and a gate width of 15 μm, respectively, and the regions P2, P3, N2 and N3
Each of the MOSFETs has a gate length of 1.2 μm and a gate width of 30 μm. Therefore, the driving capabilities of the P and N channel MOSFETs in the regions P1 and N1 are equal to those of the regions P2 and N2 or
And the drive capability of the P and N channel MOSFETs of N3 and N3. For example, the MOSFs indicated by Q100 to Q105 in FIG.
Let us consider a case where a circuit as shown in FIG. 12 is formed using bipolar transistors represented by ET and B1 and B2. CMOS inverter INV is a PMO with reduced gate width
It is constituted by an SFET Q100 and an NMOSFET Q101. on the other hand,
The input of the bipolar CMOS inverter circuit BINV is driven by the output of the CMOS inverter INV. This bipolar CMOS inverter BINV is a totem-pole type bipolar output transistor B1 and B2, and a PMOSFET Q10 for driving the base of the bipolar transistor B1.
2 and NMOSFET Q103, a CMOS inverter, and NMOSFET Q10 driving the base of bipolar transistor B2
4 and Q105 included.

電源端子VCCとバイポーラトランジスタB1のベースと
の間にそのソース・ドレインバスが接続されるPMOSFET
は、ゲート幅の広いPMOSFETQ102が用いられる。このPMO
SFETQ102は駆動能力が高いので、バイポーラトランジス
タB1のベース電極に寄生する容量、ベース・コレクタ間
容量CCB1ベース・エミッタ間容量CBE1及びPMOSFETQ102
のドレイン容量CPD、を高速で充電する。バイポーラ・C
MOS回路の出力立上がり遅延時間tPLHは、バイポーラト
ランジスタB1のエミッタ接地電流増幅率βとPMOSFETQ10
2のドレイン電流IPDの積に反比例し、かつ、負荷容量CL
に比例する項 とドレイン電流IPDに反比例する項(A/IPD,A:正の実
数)とを含む。したがって、出力立上がり遅延時間tPLH
は、PMOSFETQ102のドレイン電流IPDを大きくすれば、す
なわち、PMOSFETQ102のゲート幅を大きくすれば、小さ
くなる。
PMOSFET whose source / drain bus is connected between the power supply terminal V CC and the base of the bipolar transistor B1
Uses a PMOSFET Q102 having a wide gate width. This PMO
Since the driving capability of the SFET Q102 is high, the capacitance parasitic on the base electrode of the bipolar transistor B1, the capacitance C CB1 between the base and the collector C BE1 and the capacitance C BE1 between the base and the emitter of the bipolar transistor B1 and the PMOSFET Q102
The drain capacitance C PD , charge at high speed. Bipolar C
The output rise delay time t PLH of the MOS circuit is determined by the common emitter current gain β of the bipolar transistor B1 and the PMOSFET Q10.
2 is inversely proportional to the product of the drain current I PD and the load capacitance C L
Term proportional to And a term inversely proportional to the drain current I PD (A / I PD , A: positive real number). Therefore, output rise delay time t PLH
It is by increasing the drain current I PD of PMOSFETQ102, i.e., by increasing the gate width of PMOSFETQ102, smaller.

一方、出力端子outとバイポーラトランジスタB2のベ
ースの間にそのソース・ドレインバスが接続されるNMOS
FETは、ゲート幅の広いNMOSFETQ104が用いられる。この
NMOSFETQ104は駆動能力が高いので、バイポーラトラン
ジスタB2のベース電極に寄生する容量、ベース・コレク
タ間容量CCB2,ベース・エミッタ間容量CBE2及びNMOSFET
Q104のソース容量CNS,を高速で充電する。バイポーラ・
CMOS回路の出力立下がり遅延時間tPHLは、 (β:バイポーラ・トランジスタB2のエミッタ接地電流
増幅率、IND:NMOSFETQ104のドレイン電流)及びB/I
ND(B:正の実数)とを含む。したがって、出力立下がり
遅延時間tPHLは、NMOSFETQ104のドレイン電流INDを大き
くすれば、すなわち、NMOSFETQ104のゲート幅を大きく
すれば、小さくなる。尚、上記A及びBは、上記寄生容
量CCB1,CBE1,CPD,CNS,CCB2,CBE2,論理しきい値VLT,エミ
ッタ接地電流増幅率β、バイポーラ・トランジスタB2の
コレクタ基板間容量CSUB及びNMOSFETQ104のドレイン容
量CNDの関数で表現される。
On the other hand, an NMOS whose source / drain bus is connected between the output terminal out and the base of the bipolar transistor B2
As the FET, an NMOSFET Q104 having a wide gate width is used. this
Since the NMOSFET Q104 has high driving capability, the parasitic capacitance at the base electrode of the bipolar transistor B2, the base-collector capacitance C CB2 , the base-emitter capacitance C BE2 and the NMOSFET
Charge the source capacitance C NS of Q104 at high speed. bipolar·
The output fall delay time t PHL of the CMOS circuit is (Β: gain of grounded emitter current of bipolar transistor B2, I ND : drain current of NMOSFET Q104) and B / I
ND (B: positive real number). Therefore, output fall delay time t PHL decreases as drain current I ND of NMOSFET Q104 increases, that is, as the gate width of NMOSFET Q104 increases. A and B are the parasitic capacitances C CB1 , C BE1 , C PD , C NS , C CB2 , C BE2 , the logic threshold V LT , the emitter ground current amplification factor β, and the collector substrate of the bipolar transistor B2. It is expressed as a function of the inter-capacitance C SUB and the drain capacitance C ND of the NMOSFET Q104.

一方、バイポーラ・トランジスタB1のベース電極と接
地電位GNDとの間に設けられるNMOSFETQ103及びバイポー
ラ・トランジスタB2のベース電極と接地電位GNDとの間
に設けられるNMOSFETQ105は、それぞれのベース電極に
寄生する容量の放電を実施するために設けられるので、
そのゲート幅が小さくされても良い。
On the other hand, the NMOSFET Q103 provided between the base electrode of the bipolar transistor B1 and the ground potential GND and the NMOSFET Q105 provided between the base electrode of the bipolar transistor B2 and the ground potential GND have the parasitic capacitance of each base electrode. Since it is provided to perform discharge,
The gate width may be reduced.

同図から理解できるように、CMOSインバータINVの出
力oは、同一の基本セルBC1内に形成されたバイポーラ
・CMOSインバーターBINVの入力のみを駆動するだけであ
るので、その出力負荷容量CL1はバイポーラ・CMOSイン
バータBINVの出力負荷容量CL2が大きい値であると仮定
した場合、容量CL2の値より小さい値と見なされる。し
たがって、CMOSインバータINVの負荷容量CL1が小さいの
で、CMOSインバータINVの伝達遅延時間tpdは、第7図に
示される負荷容量CLがCaより小さい部分のCMOS特性によ
って決定されると見なすことができる。言い換えるなら
ば、CMOSインバータINVの出力負荷容量CL1が小さくされ
るので、CMOSインバータINVを構成するP及びNチャネ
ルMOSFETの駆動能力が小さくされたとしても、すなわ
ち、ゲート幅が小さくされたとしても、CMOSインバータ
ーINVの伝達遅延時間tpdは許容できる程度に小さい値で
あると見なされる。さらに言い換えるならば、上記領域
P1及びN1に形成されたゲート幅の小さいMOSFETで構成さ
れるCMOS回路が、出力負荷容量CLの小さな回路部分に積
極的に適用される様に回路設計を行なうことによって、
CMOS回路の伝達遅延時間特性が有効に利用される。
As can be understood from the figure, the output o of the CMOS inverter INV only drives the input of the bipolar CMOS inverter BINV formed in the same basic cell BC1, so that the output load capacitance CL1 is Assuming that the output load capacitance CL2 of the CMOS inverter BINV is a large value, it is regarded as a value smaller than the value of the capacitance CL2. Accordingly, since the load capacitance CL1 of the CMOS inverter INV is low, transmission delay time tpd of the CMOS inverter INV can load capacitance C L shown in FIG. 7 is considered to be determined by the CMOS characteristics of Ca smaller portion . In other words, since the output load capacitance CL1 of the CMOS inverter INV is reduced, even if the drive capability of the P and N-channel MOSFETs constituting the CMOS inverter INV is reduced, that is, even if the gate width is reduced, The propagation delay time tpd of the CMOS inverter INV is considered to be an acceptably small value. In other words, the above area
CMOS circuit composed of a small MOSFET having a gate formed width P1 and N1 is by performing a circuit designed to be actively applied to a small circuit portion of the output load capacitance C L,
The transmission delay time characteristic of the CMOS circuit is effectively used.

この様に、基本セルBC1内部に積極的にゲート幅のせ
まい複数のMOSFETを組入れ、それらのMOSFETから形成さ
れるCMOS回路の用途を特定することによって、伝達遅延
時間に関する最適設計が行なわれる。さらに、ゲート幅
のせまいMOSFETを基本セルBC1内のバイポーラトランジ
スタB1及びB2の間の領域に配置することによって、基本
セルBC1の占有面積が有効に利用される。
In this way, by optimally incorporating a plurality of MOSFETs having narrow gate widths inside the basic cell BC1 and specifying the application of the CMOS circuit formed from these MOSFETs, an optimum design for the transmission delay time is performed. Further, by arranging a MOSFET having a narrow gate width in a region between the bipolar transistors B1 and B2 in the basic cell BC1, the area occupied by the basic cell BC1 is effectively used.

上記基本セルBC1は、配線チャネルレス型ゲートアレ
イに適するように形成されているため第11図に示される
ように、点線で示される配線領域WAが基本セルBC1内に
設けられる。基本セルBC1内に設けられる配線は、主に
第1層目のアルミニウム配線(AL1)及び/又はポリシ
リコン配線を利用することが望ましい。なぜなら、第10
図に示される様に、1層目アルミニウム配線(AL1)で
形成された電源電圧ラインVCC及び接地電位ラインGNDが
基本セルBC1の上下に延在されるからである。さらに、
基本セルBC1への信号入力ライン及び基本セルBC1からの
信号出力ラインが、上記電源電圧ラインVCC又は接地電
位ラインGNDを交差する場合、それらの入力/出力ライ
ンは2層目アルミニウム配線で形成される。入力/出力
ラインがVCCライン又はGNDラインと交差しない場合、す
なわち、基本セルBC1内に形成されたポリシリコンゲー
ト電極と直交するように設けられる場合、それらの入力
/出力ラインは1層目アルミニウム配線及び/又はポリ
シリコン配線で形成される。
Since the basic cell BC1 is formed so as to be suitable for a wiring channelless gate array, as shown in FIG. 11, a wiring area WA indicated by a dotted line is provided in the basic cell BC1. It is preferable that the wiring provided in the basic cell BC1 mainly use the first-layer aluminum wiring (AL1) and / or the polysilicon wiring. Because the tenth
As shown, the power supply voltage line V CC and the ground potential line GND formed in the first layer aluminum interconnection (AL1) is because is extended above and below the basic cell BC1. further,
When a signal input line to the basic cell BC1 and a signal output line from the basic cell BC1 cross the power supply voltage line V CC or the ground potential line GND, those input / output lines are formed by the second layer aluminum wiring. You. If the input / output lines do not intersect the V CC line or the GND line, that is, if they are provided so as to be orthogonal to the polysilicon gate electrode formed in the basic cell BC1, those input / output lines are the first layer of aluminum. It is formed of wiring and / or polysilicon wiring.

次に、基本セルB1内の各素子のレイアウト的な工夫
が、第10図を参照して説明される。バイポーラトランジ
スタB1及びB2は、基本セルBC1内の上下に配置され、電
源ラインVCC及び接地ラインGNDに接続しやすいようにさ
れる。それによって、バイポーラトランジスタB1のコレ
クタCと電源ラインVCCとの接続及びバイポーラトラン
ジスタB2のエミッタEと接地ラインGNDとの接続が短距
離で行なわれるので、接続配線に起因するバイポーラト
ランジスタB1のコレクタ寄生抵抗及びバイポーラトラン
ジスタB2のエミッタ寄生抵抗が低減される。同様に、ゲ
ート幅の広くされたMOSFETが設けられる領域P2,P3及び
領域N2,N3も、電源ラインVCC及び接地ラインGNDの近傍
に配置される。それによって、それらの領域P2,P3,N2及
びN3のMOSFETを用いてCMOS回路を形成する場合におい
て、それらのMOSFETのソース領域と電源ラインVCC又は
接地ラインGNDとの接続が短距離で行なえるので、ソー
ス抵抗が低減される。さらに、領域P2(P3),領域N4
(N5),領域N2(N3)及び領域N6のレイアウトは、第2
図に示されるバイポーラ・CMOSインバータBINVのトラン
ジスタQ102〜Q105の接続関係と似るようにされているこ
とに気づくであろう。それによって、バイポーラ・CMOS
論理回路を構成する場合のCAD(computer aided desig
n)による配線設計が容易にされる。さらにまた、上記
配線領域WAは、実質的にPMOSFET形成領域P1,P2及びP3と
NMOSFET形成領域N1〜N6との距離を広くする。したがっ
て、ラッチアップ現象の防止が可能となる。さらに、バ
イポーラトランジスタB1と領域P1及びP2の間及びバイポ
ーラトランジスタB2と領域N1,N2及びN6との間にも配線
領域WAが設けられる。バイポーラトランジスタB1及びB2
の飽和により少数キャリアの基板注入が発生したとして
も、上記配線領域WAの存在によって、MOSFETへの影響が
少なくなるようにされる。
Next, the layout of each element in the basic cell B1 will be described with reference to FIG. The bipolar transistors B1 and B2 are arranged above and below the basic cell BC1, so that they can be easily connected to the power supply line VCC and the ground line GND. As a result, the connection between the collector C of the bipolar transistor B1 and the power supply line Vcc and the connection between the emitter E of the bipolar transistor B2 and the ground line GND are made over a short distance, so that the collector parasitic of the bipolar transistor B1 due to the connection wiring is formed. The resistance and the parasitic resistance of the emitter of the bipolar transistor B2 are reduced. Similarly, the regions P2 and P3 and the regions N2 and N3 where the MOSFETs having the increased gate width are provided are also arranged near the power supply line Vcc and the ground line GND. Thereby, when a CMOS circuit is formed using MOSFETs in the regions P2, P3, N2 and N3, the connection between the source region of those MOSFETs and the power supply line Vcc or the ground line GND can be made over a short distance. Therefore, the source resistance is reduced. Further, the area P2 (P3) and the area N4
The layout of (N5), area N2 (N3) and area N6 is the second
It will be noted that the connections are similar to the connections of transistors Q102-Q105 of the bipolar CMOS inverter BINV shown in the figure. Thereby, bipolar CMOS
CAD (computer aided desig) for configuring logic circuits
The wiring design according to n) is facilitated. Furthermore, the wiring area WA substantially corresponds to the PMOSFET formation areas P1, P2, and P3.
The distance between the NMOSFET formation regions N1 to N6 is increased. Therefore, the latch-up phenomenon can be prevented. Further, a wiring region WA is provided between the bipolar transistor B1 and the regions P1 and P2 and between the bipolar transistor B2 and the regions N1, N2 and N6. Bipolar transistors B1 and B2
Even if minority carriers are injected into the substrate due to the saturation of the substrate, the presence of the wiring region WA reduces the influence on the MOSFET.

また、それぞれのバイポーラトランジスタB1,B2のベ
ース電極Bは、それに結合されるMOSFETとの接続が容易
となるように、領域P3(P2),N6,N3(N2)の存在方向に
設けられる。
The base electrodes B of the respective bipolar transistors B1 and B2 are provided in the direction in which the regions P3 (P2), N6 and N3 (N2) exist so that the connection with the MOSFETs coupled thereto is easy.

次に、基本セルBC1〜BC4相互のレイアウト的工夫が、
第10図によって説明される。すなわち、基本セルBC1と
基本セルBC2は、図中の2点鎖線Xに対して鏡面対称と
される。その結果、基本セルBC1内のバイポーラトラン
ジスタB1,B2と基本セルBC2内のバイポーラトランジスタ
B3,B4が近接して配置される。さらに、上記基本セルBC
1,BC2と基本セルBC3,BC4は、図中の2点鎖線Yに対して
鏡面対称とされる。これら4つの基本セルBC1〜BC4が、
単位セルブロックUCBと見なされる。この単位セルブロ
ックUCBが半導体基板SUB上の内部論理回路形成領域に格
子状に規則的にレイアウトされて、ゲートアレイのマス
タチップが作られる。基本セルBC1,BC2と基本セルBC3,B
C4を2点鎖線Yに対して鏡面対称とすることによって、
各基本セル内の接地ラインGNDに接続されるべきMOSFET
及びバイポーラ・トランジスタが、単位セルブロックUC
Bの中央部、すなわち2点鎖線Yに沿うような部分に集
合させられる。したがって、同図に示される様に、接地
ラインGNDが線Yに沿って形成される場合、2つの基本
セルBC1及びBC3(BC2及びBC4)に対して1本の接地ライ
ンGNDが共通利用できるので、接地ラインGNDの必要とさ
れる本数は、低減される。電源ラインVCC1,VCC2は、図
示の様に、単位セルブロックUCBの上下にそれぞれ配置
される。それによって、MOSFET上に電源配線が通過する
場合発生するところの相互コンダクタンスgmの低下を防
止できる。これら電源ラインVCC1,VCC2及び接地ラインG
NDは1層目のアルミニウム配線AL1で形成される。
Next, the layout of the basic cells BC1 to BC4
This will be described with reference to FIG. That is, the basic cells BC1 and BC2 are mirror-symmetric with respect to the two-dot chain line X in the figure. As a result, the bipolar transistors B1 and B2 in the basic cell BC1 and the bipolar transistors B2 and
B3 and B4 are arranged close to each other. Furthermore, the above basic cell BC
1, BC2 and the basic cells BC3, BC4 are mirror-symmetric with respect to the two-dot chain line Y in the figure. These four basic cells BC1 to BC4 are
It is considered as a unit cell block UCB. The unit cell blocks UCB are regularly laid out in a grid pattern in the internal logic circuit forming region on the semiconductor substrate SUB, and a master chip of the gate array is manufactured. Basic cells BC1 and BC2 and basic cells BC3 and B
By making C4 mirror symmetric with respect to the two-dot chain line Y,
MOSFET to be connected to ground line GND in each basic cell
And the bipolar transistor is a unit cell block UC
They are gathered at the center of B, that is, along the two-dot chain line Y. Therefore, as shown in the figure, when the ground line GND is formed along the line Y, one ground line GND can be commonly used for the two basic cells BC1 and BC3 (BC2 and BC4). The required number of ground lines GND is reduced. The power supply lines V CC1 and V CC2 are arranged above and below the unit cell block UCB, respectively, as shown in the figure. Thereby, it is possible to prevent a decrease in the transconductance gm that occurs when the power supply wiring passes over the MOSFET. These power lines V CC1 and V CC2 and the ground line G
ND is formed by the first-layer aluminum wiring AL1.

次に、第10図に示される基本セルBC1,BC2の利用形態
の一例が、第13図(a)及び(b)にもとづいて、説明
される。
Next, an example of usage of the basic cells BC1 and BC2 shown in FIG. 10 will be described based on FIGS. 13 (a) and 13 (b).

第13図(a)は第13図(b)の回路を基本セルBC1及
びBC2に作り込まれたP及びNチャネルMOSFET及びバイ
ポーラ・トランジスタを用いて実現した場合の一例であ
る。図中、点線で示されている部分はアルミニウム配線
及び/又はポリシリコン配線を示している。黒の丸印
は、ゲートと配線との接続部、MOSFETやバイポーラ・ト
ランジスタのソース,ドレイン,ベース,エミッタ及び
コレクタと配線(VCC及びGNDラインを含む)との接続部
を示す。また、参照記号A,B,C,D,E,F,G及びoutと付され
た白い丸印は、信号入出力端子を示す。尚、第13図
(b)において、論理回路の具体的な演算条件や各入力
信号及び出力信号の論理条件については、この発明に直
接関係ないので、その詳細な説明を割愛する。また、第
13図(a)には、第13図(b)に示されるCMOSインバー
タ回路CIV1,CIV2,CIV3,CMOSナンド回路CND,CMOSノア回
路CNR1,CNR2及びBiCMOSナンド回路BNDのそれぞれの形成
部分に対応する参照記号が付されているので、詳細な説
明は行なわない。特徴点を以下に述べる。
FIG. 13 (a) shows an example in which the circuit of FIG. 13 (b) is realized by using P- and N-channel MOSFETs and bipolar transistors built in the basic cells BC1 and BC2. In the figure, the parts shown by dotted lines indicate aluminum wiring and / or polysilicon wiring. The black circles indicate the connection between the gate and the wiring, and the connection between the source, drain, base, emitter and collector of the MOSFET or bipolar transistor and the wiring (including the VCC and GND lines). Further, white circles with reference symbols A, B, C, D, E, F, G, and out indicate signal input / output terminals. Note that, in FIG. 13 (b), specific operation conditions of the logic circuit and logic conditions of each input signal and output signal are not directly related to the present invention, and thus detailed description thereof is omitted. Also,
FIG. 13 (a) corresponds to the respective formed portions of the CMOS inverter circuits CIV1, CIV2, CIV3, the CMOS NAND circuit CND, the CMOS NOR circuits CNR1, CNR2 and the BiCMOS NAND circuit BND shown in FIG. 13 (b). The detailed description will not be given because the reference symbols are attached. The features are described below.

第13図(a)から理解される様に、入力端子A〜F及
びGは、基本セルBC1及びBC2の配線領域WA(第10図参
照)上で、基本セルBC1,BC2内のゲート電極に接続され
るようになっている。また、出力端子outは、上記配線
領域WAに形成された配線から取り出される様にされる。
それによって、入力出配線抵抗による信号遅延時間が極
力抑えられる。尚、入力C.Dについては、図面が複雑と
なるのを防止するために入力配線は記載されていない。
As understood from FIG. 13 (a), the input terminals A to F and G are connected to the gate electrodes in the basic cells BC1 and BC2 on the wiring area WA of the basic cells BC1 and BC2 (see FIG. 10). It is to be connected. The output terminal out is taken out from the wiring formed in the wiring area WA.
As a result, the signal delay time due to the input / output wiring resistance can be minimized. The input wiring is not described for the input CD in order to prevent the drawing from becoming complicated.

さらに、基本セルBC2内には、CMOSインバータ回路CIV
1〜CIV3及びCMOSナンド回路CNDが構成されているため、
基本セルBC2内のバイポーラトランジスタB3及びB4はそ
の基本セルBC2内に作られる上記CMOS回路CIV1〜CIV3及
びCNDには使用されない。しかしながら、基本セルBC1と
基本セルBC2とが第10図に示される様に線Xに対して鏡
面対称とされることによって、両基本セルBC1及びBC2内
のバイポーラトランジスタB1とB3(B2とB4)とが近接し
てレイアウトされるので、第13図(a)に示されるよう
に、バイポーラ・トランジスタB1(B2)とB3(B4)との
並列接続が短い配線長によって可能とされる。なお、同
図(a)ではBiCMOSナンド回路BNDのファンアウト数が
多い場合を想定しているけれども、そのファンアウト数
が小さい場合、バイポーラ・トランジスタB1(B2)とB3
(B4)との並列接続はされなくても良い。
Furthermore, a CMOS inverter circuit CIV is included in the basic cell BC2.
1 ~ CIV3 and CMOS NAND circuit CND are configured,
The bipolar transistors B3 and B4 in the basic cell BC2 are not used for the CMOS circuits CIV1 to CIV3 and CND formed in the basic cell BC2. However, since the basic cells BC1 and BC2 are mirror-symmetric with respect to the line X as shown in FIG. 10, the bipolar transistors B1 and B3 (B2 and B4) in both the basic cells BC1 and BC2 Are arranged close to each other, and as shown in FIG. 13A, the parallel connection of the bipolar transistors B1 (B2) and B3 (B4) is made possible by a short wiring length. Although FIG. 7A assumes that the number of fanouts of the BiCMOS NAND circuit BND is large, if the number of fanouts is small, the bipolar transistors B1 (B2) and B3
The connection with (B4) may not be connected in parallel.

したがって、第10図に示される基本セルBC1,BC2のレ
イアウト配置は1つの基本セル内で不使用とされるMOSF
ETのバイポーラトランジスタなどの半導体素子を他の基
本セル内に構成される回路の一部に利用することを可能
とさせる。言い換えるならば、1つの基本セル内の半導
体素子と他の基本セル内の半導体素子とで1つの論理回
路が形成できる。それによって、基本セル内の半導体素
子の有効利用が可能となる。上記ではバイポーラ・トラ
ンジスタB1〜B4について述べたが、領域P1,N1,P1,N1
に形成されるMOSFETについても同様に可能である。そ
の一例が第13図(c)に示される。同図は、領域P1,N1,
P1,N1のP及びNチャネルMOSFETを用いて、3入力C
MOSノア回路CRNを形成した場合を示している。
Therefore, the layout arrangement of basic cells BC1 and BC2 shown in FIG.
A semiconductor element such as an ET bipolar transistor can be used for a part of a circuit configured in another basic cell. In other words, a semiconductor element in one basic cell and a semiconductor element in another basic cell can form one logic circuit. Thereby, the semiconductor elements in the basic cell can be effectively used. In the above description, the bipolar transistors B1 to B4 have been described, but the regions P1, N1, P1 , N1
The same applies to the MOSFET formed in the triangle. One example is shown in FIG. 13 (c). The figure shows regions P1, N1,
Using P1 and N1 P and N channel MOSFETs, 3 input C
This shows a case where a MOS NOR circuit CRN is formed.

再び第13図(a)について説明すると、CMOSインバー
ターCIV1の出力は基本セルBC1のCMOSノア回路CNR2の入
力を駆動している。すなわち、CMOSインバーターCIV1の
出力配線が基本セルBC2の右端から基本セルBC1の左端ま
で延長されており、出力負荷容量CLは比較的大きくなる
と考えられるが、そのCMOSインバータCIV1はゲート幅の
広いPMOSFETとNMOSFETによって構成されるので、伝達遅
延時間は比較的小さくされ得る。ゲート幅の広いMOSFET
は、この様な用途にも利用され得る。
Referring again to FIG. 13 (a), the output of the CMOS inverter CIV1 drives the input of the CMOS NOR circuit CNR2 of the basic cell BC1. That, and the output wiring of the CMOS inverter CIV1 is extended from the right end of the base cell BC2 to the left edge of the base cell BC1, the output load capacitance C L is is considered to be relatively large, the CMOS inverter CIV1 the wide gate width PMOSFET And the NMOSFET, the transmission delay time can be made relatively small. MOSFET with wide gate width
Can also be used for such applications.

第14図は、第10図内に示される基本セルBC3のZ−
Z′に沿う断面図を示す。
FIG. 14 is a diagram showing the basic cell BC3 shown in FIG.
FIG. 3 shows a cross-sectional view along Z ′.

同図に示されるように、この構造は、多結晶シリコン
からなるゲート32,N-ウェル50及びP-ウェル52,PMOSFET
のソース・ドレインとしてのP+型拡散層35,NMOSFETのソ
ース・ドレインとしてのN+型拡散層36,NPNバイポーラト
ランジスタB5のエミッタを構成するN型拡散層40,バイ
ポーラトランジスタB5のベースを構成するP型拡散層41
及びそのコレクタを構成するN型拡散層42を含む。
As shown in the figure, this structure has a gate 32, an N - well 50 and a P - well 52, a PMOSFET made of polycrystalline silicon.
P + type diffusion layer 35 as the source / drain of NMOSFET, N + type diffusion layer 36 as the source / drain of the NMOSFET, N type diffusion layer 40 forming the emitter of NPN bipolar transistor B5, and forming the base of bipolar transistor B5 P-type diffusion layer 41
And an N-type diffusion layer 42 constituting the collector thereof.

この構造は、衆知の半導体製造技術を利用することに
よって形成可能である。たとえば、P型アイソレーショ
ン領域102と102は半導体基板100内へのボロンの拡散
(導入)によって半導体基板100内に形成できる。一
方、N+型埋込領域101,101′と101″は、半導体基板100
内へのアンチモンの拡散(導入)によって形成すること
ができる。これらのドーパントの1200℃,40分の拡散
は、たとえば、それらの領域101,101,101▼▼,102及
び102を最初に形成するために利用できる。その後、N
-型エピタキシャル層が、一般的なエピタキシャルデポ
ジョン工程(たとえば970℃,10分)によって、上記領域
101,102等をおおうように上記半導体基板100上に形成さ
れ得る。次にN型ウェル領域50及び103とP型ウェル領
域31がそれぞれ、リンとボロンのイオンインプランテー
ションによって上記エピタキシャル層内に形成され得
る。例えば、P型イオンのインプランテーションは、次
にLOCOS技術によるSiO2膜をイオン打込用マスクに用い
た60KeVドーズ量4.0×10Batoms/cm2のボロンイオンイン
プランテーションを行なうために、ナイトライド膜(Si
3N4)をイオン打込用マスクに用いた125KeV,ドーズ量3
×1011atoms/cm2によって達成させられ得る。このイオ
ンインプランテーション工程は、たとえば、1000℃×30
0分の拡散工程を後に続けさせられることができ、その
結果、それぞれの領域101,102等とウェル領域50,51及び
103が膨張させられることによって、第14図に示された
構造が提供される。これに続いて、それぞれのMOSとバ
イポーラトランジスタは一般的なトランジスタ形成技術
を用いてSiO2層70の開けられた領域内に形成される。最
後に、リン−シリケート・ガラス(PSG)膜80が保護の
ためにデバイスを被って480℃10分でデポジットさせら
れる。
This structure can be formed by utilizing well-known semiconductor manufacturing technology. For example, the P-type isolation regions 102 and can be formed in the semiconductor substrate 100 by diffusing (introducing) boron into the semiconductor substrate 100. On the other hand, the N + type buried regions 101, 101 'and 101 "
It can be formed by diffusion (introduction) of antimony into the inside. 1200 ° C. These dopants of 40 minutes diffusion, for example, those regions 101, 101 ▼, 101 ▼▼, can be utilized to initially form the 102 and 102 ▲. Then N
- -type epitaxial layer, by a typical epitaxial deposition John step (e.g. 970 ° C., 10 min), the areas
It can be formed on the semiconductor substrate 100 so as to cover 101, 102 and the like. Next, N-type well regions 50 and 103 and P-type well region 31 can be formed in the epitaxial layer by phosphorus and boron ion implantation, respectively. For example, the implantation of P-type ions is performed by using a SiO 2 film formed by a LOCOS technique as a mask for ion implantation, and performing boron ion implantation at a dose of 4.0 × 10 Battoms / cm 2 using a nitride film ( Si
125 KeV, dose 3 using 3 N 4 ) as a mask for ion implantation
It can be achieved by × 10 11 atoms / cm 2 . This ion implantation step is performed, for example, at 1000 ° C. × 30
A 0 minute diffusion step can be followed, so that the respective regions 101, 102 etc. and the well regions 50, 51 and
Inflating 103 provides the structure shown in FIG. Following this, each of the MOS and bipolar transistors are formed in a general transistor formation techniques region drilled with the SiO 2 layer 70 with. Finally, a phosphor-silicate glass (PSG) film 80 is deposited over the device for protection at 480 ° C. for 10 minutes.

尚、参照番号42は、コレクタ電極としてのアルミニウ
ム配線60とN+型埋込層101を低抵抗で接続するN+型層で
ある。参照番号90は、N+型の多結晶シリコンで、N+型エ
ミッタ領域を形成するために用いられる。PMOS及びNMOS
に形成されたアルミニウム配線60はソース・ドレイン電
極とされる。尚、第14図は、アルミニウム配線60が設け
られてしまっている断面図に対応する。また、バイポー
ラトランジスタB5のベース電極は、同図に図示されてい
ないが、実際には存在する。
Reference numeral 42 denotes an N + -type layer connecting the aluminum wiring 60 as a collector electrode and the N + -type buried layer 101 with low resistance. Reference numeral 90 denotes N + -type polysilicon, which is used to form an N + -type emitter region. PMOS and NMOS
The aluminum wiring 60 formed at this time is used as a source / drain electrode. FIG. 14 corresponds to a cross-sectional view in which the aluminum wiring 60 has been provided. Although the base electrode of the bipolar transistor B5 is not shown in the figure, it actually exists.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。例えば、第1図にお
いて、基本セルBCは、すべて同一の回路構成とされる必
要はない。各基本セルBCに設けられる第1のセルすなわ
ちPMOS領域PM1及びPM2ならびにNMOS領域NM1及びNM2と第
2のセルすなわちPMOS領域PM3及びNMOS領域NM3〜NM5な
らびにバイポーラトランジスタ領域BT1〜BT4との比率
は、このゲートアレイによって構成される論理回路に含
まれるCMOS論理ゲート回路及びバイポーラ論理ゲート回
路の比率に対応して適当に変更できる。また、各PMOS領
域及びNMOS領域に含まれるPチャンネルMOSFET及びNチ
ャンネルMOSFETの数は、2個又は4個等、例えばこのゲ
ートアレイによって構成される論理回路に含まれる論理
ゲート回路の平均入力数に対応して変更できる。NMOS領
域NM5は、例えば抵抗手段であってもよいし、Bi・CMOS
複合論理ゲート回路にさらに大きな駆動能力が必要とさ
れる場合には、バイポーラトランジスタ領域の数を増や
してもよい。第2図において、基本セルBCは、特に格子
状に配置される必要はない。また、ゲートアレイは、上
記のような基本セルBCを部分的に含むものであってもよ
い。第3図において、各基本セルBCの第2のセルは、Bi
・CMOS論理ゲート回路が必要とされない場合、CMOS論理
ゲート回路を構成するために用いられることもよい。さ
らに、第1図に示される基本セルBCの構成や第6図
(a),(b)に示されるBi・CMOS論理ゲート回路の具
体的な回路構成等、種々の実施形態を採りうる。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the invention. Nor. For example, in FIG. 1, the basic cells BC need not all have the same circuit configuration. The ratio of the first cell provided in each basic cell BC, that is, the PMOS regions PM1 and PM2 and the NMOS regions NM1 and NM2, and the second cell, that is, the PMOS region PM3 and the NMOS regions NM3 to NM5 and the bipolar transistor regions BT1 to BT4, It can be changed appropriately according to the ratio of the CMOS logic gate circuit and the bipolar logic gate circuit included in the logic circuit constituted by the gate array. The number of P-channel MOSFETs and N-channel MOSFETs included in each PMOS region and NMOS region is, for example, two or four, for example, the average number of inputs of a logic gate circuit included in a logic circuit constituted by this gate array. Can be changed accordingly. The NMOS region NM5 may be, for example, a resistance means, or a BiCMOS
If a greater driving capability is required for the composite logic gate circuit, the number of bipolar transistor regions may be increased. In FIG. 2, the basic cells BC need not be particularly arranged in a lattice. Further, the gate array may partially include the basic cell BC as described above. In FIG. 3, the second cell of each basic cell BC is Bi
If CMOS logic gate circuits are not required, they may be used to construct CMOS logic gate circuits. Further, various embodiments such as the configuration of the basic cell BC shown in FIG. 1 and the specific circuit configuration of the Bi.CMOS logic gate circuit shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) can be adopted.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となって利用分野であるBi・CMOSゲートア
レイによって構成される論理回路に適用した場合につい
て説明したが、それに限定されるものではなく、例え
ば、同様なゲートアレイによって構成されるマイクロコ
ンピュータ等の各種ディジタル装置にも適用できる。本
発明は、少なくともCMOS論理ゲート回路及びBi・CMOS論
理ゲート回路を基本構成とするゲートアレイ集積回路あ
るいはこのようなゲートアレイ集積回路により構成され
るディジタル装置に広く適用できる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to a logic circuit constituted by a BiCMOS gate array which is a field of use as a background has been described, but the invention is not limited thereto. For example, the present invention can be applied to various digital devices such as a microcomputer including a similar gate array. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to a gate array integrated circuit having at least a CMOS logic gate circuit and a Bi.CMOS logic gate circuit as a basic configuration, or a digital device constituted by such a gate array integrated circuit.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。すなわち、ゲートアレイ集積回路を、基本的にCM
OS論理ゲート回路を構成するために用いられる第1のセ
ル及び基本的にBi・CMOS複合論理ゲート回路を構成する
ために用いられる第2のセルを所定の比率で含み、また
Bi・CMOS論理ゲート回路に比較的大きな駆動能力が必要
とされるとき選択的に用いられる一対のバイポーラトラ
ンジスタを含み、かつ格子状に配置される複数のセルマ
スタによって構成することで、駆動能力に応じて最適化
されたCMOS論理ゲート回路及びBi・CMOS複合論理ゲート
回路を無駄なく効率的に構成できる。これにより、ゲー
トアレイ集積回路の回路素子数を削減し、その高集積化
を図ることができるとともに、ゲートアレイ集積回路に
よって構成される論理回路等の伝達遅延時間を縮小し、
その動作を高速化できるものである。
The effects obtained by the representative inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. In other words, a gate array integrated circuit is basically
A first cell used to form an OS logic gate circuit and a second cell basically used to form a Bi / CMOS composite logic gate circuit in a predetermined ratio;
The Bi-CMOS logic gate circuit includes a pair of bipolar transistors that are selectively used when relatively large driving capability is required, and is composed of a plurality of cell masters arranged in a grid. And optimized CMOS logic gate circuit and Bi / CMOS composite logic gate circuit can be efficiently configured without waste. As a result, the number of circuit elements of the gate array integrated circuit can be reduced, the degree of integration can be increased, and the transmission delay time of a logic circuit or the like constituted by the gate array integrated circuit can be reduced.
The operation can be speeded up.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、この発明が適用されたゲートアレイに含まれ
る基本セルの一実施例を示す配置図、 第2図は、第1図の基本セルを含むゲートアレイの一実
施例を示す平面図、 第3図は、第2図のゲートアレイにより構成される論理
回路の一実施例を部分的に示す回路図、 第4図は、第3図の論理回路に含まれるCMOSインバータ
回路の一実施例を示す回路図、 第5図は、第3図の論理回路に含まれるCMOSナンドゲー
ト回路の一実施例を示す回路図、 第6図(a)は、第3図の論理回路に含まれるBi・CMOS
ナンドゲート回路BNA1の一実施例を示す回路図、 第6図(b)は、第3図のBi・CMOSノア回路BNO1の回路
図、 第6図(c)は、バイポーラ・トランジスタの変形図を
示し、 第6図(d)は、第6図(c)のデバイス平面図を示
し、 第7図は、CMOS論理ゲート回路及びBi・CMOS複合論理ゲ
ート回路の負荷容量と伝達遅延時間の関係を示す特性
図、 第8図は、第1図の基本セルBCの等価図を示し、 第9図は、第8図に示される等価図を用いて、第3図に
示される回路を形成した場合の平面図を示し、 第10図は、基本セルBC1〜BC4のレイアウト図を示し、 第11図は、第10図の基本セルBC1の等価図を示し、 第12図は、第10図及び第11図に示される基本セルBC1内
の各MOSFET及びバイポーラトランジスタの使用例を示す
説明図を示し、 第13図(a)は、第10図の基本セルBC1,BC2の結線図の
一例を示し、 第13図(b)は、第13図(a)に示された基本セルBC1,
BC2によって形成された回路図を示し、 第13図(c)は、基本セルBC1,BC2内のMOSFETの使用方
法の一例を示す結線図を示し、 第14図は、第10図のZ−Z′に沿うデバイス断面図を示
す。 BC,BC1,BC2……基本セル、PM1〜PM3……PMOS領域、NM1
〜NM5……NMOS領域、BT1〜BT4……バイポーラトランジ
スタ領域、G……ゲート、SUB……半導体基板。 N1〜N4……CMOSインバータ回路、NAG1〜NAG2……CMOSナ
ンドゲート回路、NOG1……CMOSノアゲート回路、BNA1…
…Bi・CMOSナンドゲート回路、BNO1……Bi・CMOSノアゲ
ート回路。 Q1〜Q7……PチャンネルMOSFET、Q11〜Q21……Nチャン
ネルMOSFET、T1〜T4……NPN型バイポーラトランジス
タ。
FIG. 1 is a layout diagram showing an embodiment of a basic cell included in a gate array to which the present invention is applied. FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a gate array including the basic cell of FIG. FIG. 3 is a circuit diagram partially showing an embodiment of a logic circuit constituted by the gate array of FIG. 2, and FIG. 4 is an embodiment of a CMOS inverter circuit included in the logic circuit of FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing one embodiment of a CMOS NAND gate circuit included in the logic circuit of FIG. 3, and FIG. 6 (a) is a circuit diagram of Bi included in the logic circuit of FIG.・ CMOS
FIG. 6 (b) is a circuit diagram of the Bi-CMOS NOR circuit BNO1 of FIG. 3, and FIG. 6 (c) is a modified diagram of a bipolar transistor. FIG. 6 (d) shows a plan view of the device of FIG. 6 (c), and FIG. 7 shows the relationship between the load capacitance and the transmission delay time of the CMOS logic gate circuit and the Bi-CMOS composite logic gate circuit. FIG. 8 shows an equivalent diagram of the basic cell BC of FIG. 1, and FIG. 9 shows a case where the circuit shown in FIG. 3 is formed using the equivalent diagram shown in FIG. FIG. 10 shows a plan view, FIG. 10 shows a layout diagram of the basic cells BC1 to BC4, FIG. 11 shows an equivalent view of the basic cell BC1 of FIG. 10, FIG. 12 shows FIGS. FIG. 13A is an explanatory diagram showing an example of use of each MOSFET and the bipolar transistor in the basic cell BC1 shown in FIG. 13. FIG. 13 (a) shows the basic cell shown in FIG. FIG. 13 (b) shows an example of a connection diagram of the base cells BC1, BC2 shown in FIG. 13 (a).
FIG. 13 (c) shows a circuit diagram formed by BC2, FIG. 13 (c) shows a connection diagram showing an example of how to use MOSFETs in the basic cells BC1 and BC2, and FIG. 14 shows ZZ of FIG. ′ Is a device cross-sectional view. BC, BC1, BC2 …… Basic cells, PM1 to PM3 …… PMOS region, NM1
NM5: NMOS region, BT1 to BT4: Bipolar transistor region, G: Gate, SUB: Semiconductor substrate. N1 to N4 CMOS inverter circuit, NAG1 to NAG2 CMOS NAND gate circuit, NOG1 CMOS NOR gate circuit, BNA1
… Bi-CMOS NAND gate circuit, BNO1… Bi-CMOS NOR gate circuit. Q1-Q7: P-channel MOSFET, Q11-Q21: N-channel MOSFET, T1-T4: NPN bipolar transistor.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の論理ゲート回路を具備してなる半導
体集積回路であって、 上記複数の論理回路のうち、出力の負荷容量の小さな論
理ゲート回路については該負荷をPチャネルMOSFETとN
チャネルMOSFETとが駆動するCMOSゲート回路で構成し、
出力の負荷容量の大きな論理ゲート回路については入力
部はPチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETを含み、出力
部は該負荷を駆動するバイポーラトランジスタを含んで
なるBi−CMOSゲート回路により構成してなり、 上記Bi−CMOSゲート回路のうち、出力の負荷容量が所定
の値以下の論理ゲート回路については実効的にエミッタ
サイズの小さなバイポーラトランジスタを出力部に含ん
でなるBi−CMOSゲート回路により構成してなり、出力の
負荷容量が上記所定の値より大きな論理ゲート回路につ
いては実効的にエミッタサイズの大きなバイポーラトラ
ンジスタを出力部に含んでなるBi−CMOSゲート回路によ
り構成してなることを特徴とする半導体集積回路。
1. A semiconductor integrated circuit comprising a plurality of logic gate circuits, wherein, among the plurality of logic circuits, a logic gate circuit having a small output load capacity is connected to a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET.
It consists of a CMOS gate circuit driven by a channel MOSFET,
For a logic gate circuit having a large output load capacitance, the input section includes a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET, and the output section includes a Bi-CMOS gate circuit including a bipolar transistor for driving the load. Among the Bi-CMOS gate circuits, the logic gate circuit whose output load capacitance is equal to or less than a predetermined value is effectively constituted by a Bi-CMOS gate circuit including a bipolar transistor having a small emitter size in an output portion, A semiconductor integrated circuit comprising a logic gate circuit whose output load capacitance is larger than the above-mentioned predetermined value, which is constituted by a Bi-CMOS gate circuit including a bipolar transistor having a large emitter size in an output portion thereof. .
【請求項2】上記Bi−CMOSゲート回路の上記実効的にエ
ミッタサイズの大きなバイポーラトランジスタは複数の
トランジスタのコレクタ・エミッタ経路の並列接続形態
により実現されたことを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載の半導体集積回路。
2. The Bi-CMOS gate circuit according to claim 1, wherein said bipolar transistor having an effective large emitter size is realized by a parallel connection of collector-emitter paths of a plurality of transistors.
A semiconductor integrated circuit according to the item.
【請求項3】上記複数のバイポーラトランジスタの並列
接続形態は、Bi−CMOSゲート回路を構成可能な第1の基
本セルの内部のバイポーラトランジスタとBi−CMOSゲー
ト回路を構成可能な第2の基本セルの該セル内部で不使
用のバイポーラトランジスタとの並列接続により実現さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の半
導体集積回路。
3. A parallel connection mode of the plurality of bipolar transistors, wherein a bipolar transistor inside a first basic cell capable of forming a Bi-CMOS gate circuit and a second basic cell capable of forming a Bi-CMOS gate circuit are provided. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein said semiconductor integrated circuit is realized by parallel connection with an unused bipolar transistor inside said cell.
【請求項4】上記第1の基本セルと上記第2の基本セル
とはそれぞれ四角形とされ、上記第1の基本セルと上記
第2の基本セルとは近接して配置され、該近接配置の上
記第1の基本セルの一辺に対して上記第1の基本セルの
内部のバイポーラトランジスタと上記第2の基本セルの
内部のバイポーラトランジスタとは上記第1の基本セル
の上記一辺に近接して鏡面対称の位置に配置されたこと
を特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の半導体集積
回路。
4. The first basic cell and the second basic cell are each rectangular, and the first basic cell and the second basic cell are arranged close to each other. A bipolar transistor inside the first basic cell and a bipolar transistor inside the second basic cell with respect to one side of the first basic cell are mirror-finished near the one side of the first basic cell. 4. The semiconductor integrated circuit according to claim 3, wherein the semiconductor integrated circuit is arranged at a symmetrical position.
【請求項5】上記バイポーラトランジスタはBi−CMOSゲ
ート回路の出力部のトーテムポールトランジスタである
ことを特徴とする特許請求の範囲範囲第1項から第4項
までのいずれかに記載の半導体集積回路。
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein said bipolar transistor is a totem-pole transistor at an output of a Bi-CMOS gate circuit. .
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