JPH0570942B2 - - Google Patents
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- JPH0570942B2 JPH0570942B2 JP58053078A JP5307883A JPH0570942B2 JP H0570942 B2 JPH0570942 B2 JP H0570942B2 JP 58053078 A JP58053078 A JP 58053078A JP 5307883 A JP5307883 A JP 5307883A JP H0570942 B2 JPH0570942 B2 JP H0570942B2
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- Japan
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- integrated circuit
- semiconductor integrated
- circuit device
- transistor
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/90—Masterslice integrated circuits
- H10D84/996—Masterslice integrated circuits using combined field effect technology and bipolar technology
Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体集積回路装置に係り、特に、
CMOSトランジスタ及びバイポーラトランジス
タから成る高速で低消費電極のゲートアレイLSI
(Large Scale Integration)に好適な半導体集積
回路装置に関する。
〔発明の背景〕
ゲートアレイLSIとは、LSIを製造する時に用
いる10数枚のホトマスクのうちで配線に相当する
マスクのみを開発品種に応じて作成して所望の電
気回路動作を有するLSIを製造するものである。
このマスタスライス方式の概念は1960年代からあ
ると言われている。
ゲートアレイLSIの構成を第1図に示す。半導
体チツプ10はその外周にボンデイングバツド及
び入出力回路領域14を持ち、内部にはトランジ
スタ等の素子から成る基本セル11をx方向に配
列した基本セル列12を配線領域13を挾んで繰
り返しy方向に並設した構成を採つている。所望
の電気回路動作を得るために、隣接した基本セル
11を1個あるいは数個結線してNANDゲート
やフリツプフロツプ等に形成する。そして複数個
の基本セル11で形成した各種論理ゲート間を論
理図に従つて配線することによつて1つのLSIを
構成する。
従来のCMOSゲートアレイLSIでは、基本セル
11はCMOSトランジスタから構成されている。
CMOS回路は消費電力が小さいという特長を有
しているが、MOSトランジスタの伝達コンダク
タンスが小さいため、負荷容量が大きいとその充
放電に時間がかかり、スピードが遅くなる欠点が
あつた。
また、従来のバイポーラゲートアレイLSIで
は、基本セル11はバイポーラトランジスタ及び
抵抗などから構成されている。バイポーラ回路
は、バイポーラトランジスタの伝達コンダクタン
スがMOSトランジスタに比して大きいために、
負荷容量が大きくなつてもスピードが落ちにくい
という特長を有しているが、大電流を低インピー
ダンス回路に流し込んだり、流し出したりするの
で消費電極が大きいという欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は以上述べてきた欠点を除去し、
高速で低消費電力、高集積度の半導体集積回路装
置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、CMOS回路の低消費電力特性及び
バイポーラ回路の高駆動能力特性に着目して、両
デバイスを組合わせたバイポーラ、CMOS複合
回路を構成可能な基本セルを用いて、高速では低
消費電力の半導体集積回路装置を得ようとするも
のである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。
第2図は基本セル11のセルパターンを拡大し
たものである。第3図は理解を助けるためにその
断面図を概念的に示したものである。第2図と第
3図は同一部品は同一番号で示してある。P型半
導体基板上に設けたNウエル21内に、PMOS
トランジスタを構成するP+領域23、及びNPN
バイポーラトランジスタを構成するコレクタ領域
24、ベース領域25、エミツタ領域26を形成
している。すなわち1つのNウエル内にPMOS
トランジスタとNPNバイポーラトランジスタを
構成している。これは、コレクタ領域24の電位
を電源電位VCCにする回路部分に用いることに
よつてPMOSトランジスタの基板(この場合は
Nウエル21)電位をNPNバイポーラトランジ
スタのコレクタ電位で固定して、集積化を図るも
のである。別のNウエルに配置することも可能で
ある。Nウエル22内にはNPNバイポーラトラ
ンジスタを構成するコレクタ領域27、ベース領
域28、エミツタ領域29を形成している。これ
はコレクタ領域27の電位が変化する回路部分に
用いるものである。Nウエル21とNウエル22
の間は接地電位に落したP型領域37で電気的に
絶縁する必要から、耐電圧等で決まる寸法だけ離
す必要がある。ここで接地電位に落したP型領域
37はNMOSトランジスタの基板に相当するこ
とを着目してNウエル21と22の間にNMOS
トランジスタを構成するN+領域30を形成して
いる。同様にNMOSトランジスタを構成するN+
領域31,32を形成している。P+領域33は
P領域37の電位を接地電位に落とすために設け
ている。35,36はPMOSトランジスタ及び
NMOSトランジスタのポリシリコン等からなる
ゲート電極で入力部になる。それらの両端にはチ
ヤネル領域13の上側からでも下側からでも基本
セルに入力できるよう1層目Al等の第1配線と
のコンタクトがとれるようふくらみ(一般にドツ
グボーンと呼ぶ)を持たせている。34は2つの
NMOSトランジスタのゲート電極である。出力
は一般にNウエル22内に形成されたコネクタ領
域27となるが、入力部の35,36と出力部の
27は第1図のy方向を走る2層目のAlの第2
配線の配線ピツチと同寸法にし、自動設計
(Design Automation、DA)できるようにして
いる。
ゲート電極35,36,34等を構成するポリ
Si配線の上には第1の配線膜(図示せず)があ
り、この上にAl等で長手方向を基本セル列と平
行に、電源配線やAlの第1配線(図示せず)が
形成される。ここで第1配線は論理ブロツク内の
結線や論理ブロツク間の結線を行なう。ポリSi配
線34等あるいは拡散層23等とAlの第1配線
とを接続する必要のある時は第1の絶縁膜にコン
タクト孔(以下単にコンタクトと称す)を開け
る。第1配線上には第2の絶縁膜(図示せず)
が、更にその上に長手方向が基本セル列と直交す
るようにAlの第2配線が形成されている。第1
配線と第2配線とを接続する必要のある時は第2
の絶縁膜にコンタクト孔(以下、スルーホールと
称す)を開ける。最上層には第3の絶縁膜があ
り、トランジスタ、配線を保護している。一般の
ゲートアレイLSIでは、第1配線、第2配線及び
両者を接続するために必要な部分にスルーホール
を設けた第2の絶縁膜を品種毎に変えて所望の
LSIを得る場合が多い。また、第1配線とポリSi
配線及び拡散層とを接続するために必要な部分に
コンタクトを設けた第1の絶縁膜も変えている例
もある。
第2図に示す様な基本セルを用いれば、LSIを
設計する上で必要な論理回路を構成可能である。
以下それらの実例について説明する。
第4図は本出願人が先に出願した(特願昭57−
188942号)バイポーラ・CMOS複合回路の一例
である2入力NAND回路である。
第4図に於いて、50は、コレクタが電源端子
40に、エミツタが出力端子43に接続される第
1のNPNバイポーラトランジスタ(以下単に第
1のNPNと称す)、51はコレクタが出力端子4
3に、エミツタが接地電位である固定電位端子に
接続される第2のNPNバイポーラトランジスタ
(以下単に第2のNPNと称す)、41及び42は
2個の入力端子、44及び45は、各ゲートがそ
れぞれ異なる入力端子42及び41に、各ソース
及びドレインが、第1のNPN,50のコレクタ
とベースとの間に並列にそれぞれ接続される第
1、第2のPMOSトランジスタ(以下単に第1
のPMOS、第2のPMOSと称す)、46及び47
は、各ゲートがそれぞれ異なる入力端子41及び
42に、各ドレイン及び各ソースが第2のNPN
51にコレクタとベースとの間に直列にそれぞれ
接続される第1、第2のNMOSトランジスタ
(以下単に第1のNMOS、第2のNMOSと称
す)、48はゲートが電源端子40に、ドレイン
及びソースが第1のNPN,50のベースとエミ
ツタとに接続される第3のNMOSトランジスタ
(以下単に第3のNMOSと称す)、49はゲート
が電源端子40に、ドレイン及びソースが第2の
NPN,51のベースとエミツタとに接続される
第4のNMOSトランジスタ(以下単に第4の
NMOSと称す)である。
表1は第4図の回路の論理動作を示すものであ
る。
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and in particular,
High-speed, low-consumption gate array LSI consisting of CMOS transistors and bipolar transistors
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device suitable for (Large Scale Integration). [Background of the Invention] Gate array LSI is a method of manufacturing LSIs that have the desired electrical circuit behavior by creating only the mask corresponding to wiring out of the more than 10 photomasks used when manufacturing LSIs according to the developed product. It is something to do.
It is said that the concept of this master slice method has been around since the 1960s. Figure 1 shows the configuration of the gate array LSI. The semiconductor chip 10 has a bonding pad and an input/output circuit area 14 on its outer periphery, and inside thereof, a basic cell row 12 in which basic cells 11 made of elements such as transistors are arranged in the x direction is repeatedly arranged in a y direction with a wiring area 13 in between. The configuration is such that they are arranged in parallel in the direction. In order to obtain a desired electrical circuit operation, one or several adjacent basic cells 11 are connected to form a NAND gate, flip-flop, or the like. One LSI is constructed by wiring various logic gates formed by a plurality of basic cells 11 according to a logic diagram. In a conventional CMOS gate array LSI, the basic cell 11 is composed of CMOS transistors.
CMOS circuits have the advantage of low power consumption, but because the transfer conductance of MOS transistors is small, charging and discharging takes time when the load capacitance is large, resulting in slow speed. Furthermore, in the conventional bipolar gate array LSI, the basic cell 11 is composed of a bipolar transistor, a resistor, and the like. In bipolar circuits, the transfer conductance of bipolar transistors is larger than that of MOS transistors, so
Although it has the advantage of not slowing down even when the load capacity increases, it has the disadvantage that it consumes a large amount of electrode because a large current is passed into and out of a low impedance circuit. [Object of the invention] The object of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks,
The object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device that is high speed, has low power consumption, and has a high degree of integration. [Summary of the Invention] The present invention focuses on the low power consumption characteristics of CMOS circuits and the high drive ability characteristics of bipolar circuits, and uses basic cells that can configure bipolar and CMOS composite circuits that combine both devices. The aim is to obtain a semiconductor integrated circuit device with low power consumption at high speed. [Examples of the Invention] The present invention will be described in detail below with reference to Examples. FIG. 2 is an enlarged view of the cell pattern of the basic cell 11. FIG. 3 conceptually shows a sectional view thereof to aid understanding. Identical parts in FIGS. 2 and 3 are designated by the same numbers. In the N well 21 provided on the P-type semiconductor substrate, a PMOS
P + region 23 and NPN that constitute the transistor
A collector region 24, a base region 25, and an emitter region 26 forming a bipolar transistor are formed. In other words, PMOS in one N-well
It consists of a transistor and an NPN bipolar transistor. By using this in the circuit part where the potential of the collector region 24 is set to the power supply potential VCC, the potential of the substrate of the PMOS transistor (in this case, the N well 21) is fixed at the collector potential of the NPN bipolar transistor, thereby facilitating integration. This is what we aim to do. It is also possible to place it in another N-well. A collector region 27, a base region 28, and an emitter region 29 forming an NPN bipolar transistor are formed in the N well 22. This is used in a circuit portion where the potential of the collector region 27 changes. N-well 21 and N-well 22
Since it is necessary to electrically insulate the area between them with a P-type region 37 that is lowered to the ground potential, it is necessary to separate them by a dimension determined by the withstand voltage or the like. Note that the P-type region 37, which has been lowered to the ground potential, corresponds to the substrate of the NMOS transistor, and an NMOS transistor is placed between the N-wells 21 and 22.
An N + region 30 forming a transistor is formed. Similarly, N + constitutes an NMOS transistor.
Regions 31 and 32 are formed. P + region 33 is provided to lower the potential of P region 37 to ground potential. 35, 36 are PMOS transistors and
The gate electrode made of polysilicon or the like of the NMOS transistor becomes the input part. Both ends of these are provided with bulges (generally called dog bones) so that they can be contacted with the first wiring such as the first layer Al so that input to the basic cell can be made from either the upper side or the lower side of the channel region 13. 34 is two
This is the gate electrode of the NMOS transistor. The output is generally a connector region 27 formed in the N-well 22, but the input sections 35 and 36 and the output section 27 are connected to the second layer of Al running in the y direction in FIG.
The dimensions are the same as the wiring pitch, allowing automatic design (Design Automation, DA). Polymers forming the gate electrodes 35, 36, 34, etc.
There is a first wiring film (not shown) on the Si wiring, and on top of this, a power supply wiring and a first wiring of Al (not shown) are formed with Al etc. in the longitudinal direction parallel to the basic cell row. be done. Here, the first wiring connects within a logic block and between logic blocks. When it is necessary to connect the poly-Si wiring 34 or the like or the diffusion layer 23 to the Al first wiring, a contact hole (hereinafter simply referred to as a contact) is opened in the first insulating film. A second insulating film (not shown) is provided on the first wiring.
However, a second wiring made of Al is further formed thereon so that its longitudinal direction is orthogonal to the basic cell row. 1st
When it is necessary to connect the wiring and the second wiring,
A contact hole (hereinafter referred to as a through hole) is made in the insulating film. There is a third insulating film on the top layer, which protects the transistors and wiring. In a general gate array LSI, the second insulating film, which has through-holes in the first wiring, second wiring, and the necessary parts to connect them, is changed for each product to achieve the desired result.
In many cases, LSI is obtained. In addition, the first wiring and poly-Si
In some cases, the first insulating film, which has contacts provided in areas necessary for connecting the wiring and the diffusion layer, is also changed. By using a basic cell as shown in FIG. 2, it is possible to construct the logic circuits necessary for designing an LSI.
Examples of these will be explained below. Figure 4 shows the applicant's earlier application (patent application 1983-
(No. 188942) This is a 2-input NAND circuit that is an example of a bipolar/CMOS composite circuit. In FIG. 4, 50 is a first NPN bipolar transistor (hereinafter simply referred to as the first NPN) whose collector is connected to the power supply terminal 40 and its emitter is connected to the output terminal 43, and 51 is a collector whose collector is connected to the output terminal 43.
3, a second NPN bipolar transistor (hereinafter simply referred to as second NPN) whose emitter is connected to a fixed potential terminal whose emitter is at ground potential; 41 and 42 are two input terminals; 44 and 45 are respective gates; First and second PMOS transistors (hereinafter simply referred to as first
(referred to as the second PMOS), 46 and 47
In this case, each gate is connected to a different input terminal 41 and 42, and each drain and each source are connected to a second NPN.
51, first and second NMOS transistors (hereinafter simply referred to as the first NMOS and second NMOS) connected in series between the collector and the base, 48, whose gate is connected to the power supply terminal 40, and whose drain and A third NMOS transistor (hereinafter simply referred to as third NMOS) whose source is connected to the base and emitter of the first NPN 50, 49 has a gate connected to the power supply terminal 40 and a drain and source connected to the second NMOS transistor.
A fourth NMOS transistor (hereinafter simply referred to as the fourth
(referred to as NMOS). Table 1 shows the logical operation of the circuit of FIG.
【表】
まず入力41及び42のどちらかが“0”レベ
ルの時、第1、第2のPMOS,44,45のど
ちらかがオンとなり、第1、第2のNMOS46,
47のどちらかがオフとなる。したがつて第1の
NPN,50のベース電位が上昇し、第1の
NPN,50はオンとなり、第2のNPN,51は
非飽和領域にある第4のNMOS,49を介して
ベース、エミツタ間が短絡されオフとなるので第
1のNPN,50のエミツタ電流は負荷を充電し
出力43は“1”レベルとなる。
入力41及び42の両方が“0”レベルの時、
第1、第2のPMOS,44,45の両方がオン
となり、第1、第2のNMOS46,47が両方
がオフとなる。したがつて動作は上記と同じで出
力43は“1”となる。
一方入力41及び42の両方が“1”レベルの
時、第1、第2のPMOS,44,45の両方が
オフとなり、第1、第2のNMOS,46,47
の両方がオンとなる。したがつて第1のNPN,
50はベース、エミツタ間が非飽和領域にある第
3のNMOS,48を介して短絡されオフとなり、
第2のNPN,51のコレクタ、ベース間は第1、
第2のNMOS,46,47を介して短絡される
ので、第2のNPN,51のベースには出力43
から電流が供給され、第2のNPN,51はオン
となり、出力43は“0”レベルとなる。
尚、第3、第4のNMOS,48,49は単な
る抵抗素子でも良い。
この2入力NAND回路を第2図の基本セルを
用いて構成したものを第5図に示す。第5図中、
□×印はコンタクト、破線は第1配線、□/印はスル
ーホール、一点鎖線は第2配線を示す。第2図と
同一部品は同一番号を示す。また第4図との対応
をつけるためにゲート電極上等に素子番号をつけ
ている。
まず、VCC電源線となる第1配線52が、コ
ンタクト53によつて第2のPMOS,45のソ
ースに、コンタクト54によつて第1のPMOS,
44のソースに、コンタクト55によつて第1の
NPN,50のコレクタに、またコンタクト56
によつて第3、第4NOMS,48,49のゲート
電極34にそれぞれ接続されている。第1配線5
7とコンタクト59,58,60によつて第1、
第2のPMOS44,45のドレイン、第1の
NPN50のベース、第3のNMOS48のドレイ
ンがそれぞれ接続されている。第1配線61,6
2,コンタクト63,64,65,66,67に
よつて第1のNPN50のエミツタ、第3の
NMOS48のソース、第1のNMOS46のドレ
イン、第2のNPN51のコレクタがそれぞれ接
続されている。更に第2配線68、スルーホール
69,70によつて第1のNPN50のエミツタ
と第2のNPN51のコレクタが接続されている。
これは、もしこの第2配線68がないと第1の
NPN50のエミツタと第2のNPN51のコレク
タ間に第1のNMOS46のドレインのシート抵
抗が入り、スピードが低下するので、それを防ぐ
ために設けている。またこの第2配線68はy方
向に走る第2配線の格子上にあり、DAへの妨げ
を最小限にしている。第1配線71、コンタクト
72,73,74によつて第2のNMOS47の
ソース、第4のNMOS49のドレイン、第2の
NPN51のベースがそれれ接続される。そして
接地電位線となる第1配線75が、コンタクト7
6,77によつて第4のNMOS49のソース、
第2のNPN51のエミツタに接続される。コン
タクト78によつてP基板37が接地電位に固定
されている。
Al等の配線の太さについては、電源線となる
第1配線52,75は太く、ベース電流の約hFE
倍流れるエミツタ電流の流れる第1配線61,6
2及び第2配線68はベース電流の流れる第1配
線57,71より太くしている。つまりベース配
線はそのプロセスの最小線幅で構成する。
また、コンタクト53,54,66,72が2
個ずつあるのは余裕のあるところでは接触抵抗を
減らしたり、MOSトランジスタのドレインある
いはソースのシート抵抗を減らし、スピードアツ
プを計るためのものである。このようにして2入
力NAND回路を構成可能である。
第6図は、第4図のバイボーラ・CMOS複合
回路の2入力NAND回路を構成した第5図の断
面図を示す。図中に第4図との対応をつけるため
に素子番号をつけている。配線工程前の断面図の
第3図に、配線を付加したものであり、新たな説
明は省略する。
第7図は本出願人が先に出願した(特願昭57−
188942号)バイボーラ・CMOS複合回路の他の
例である2入力NOR回路である。
第7図に於いて、88はコレクタが電流端子9
0に、エミツタが出力端子81に接続される第1
のNPN′89は、コレクタが出力端子81に、エ
ミツタが接地電位である固定電位端子に接続され
る第2のNPN、79及び80は2個の入力端子、
82及び83は、各ゲートがそれぞれ異なる入力
端子79及び80に、各ソース及び各ドレイン
が、第1のNPN88のコレクタとベースとの間
に直列にそれぞれ接続される第1、第2の
PMOS、84及び85は、各ゲートがそれぞれ
異なる入力端子79及び80に、各ドレイン及び
各ソースが第2のNPN89のコレクタとベース
との間に並列にそれぞれ接続される第1、第2の
NMOS、86はゲートが電源端子90に、ドレ
イン及びエミツタが第1のNPN88のベースと
エミツタとに接続される第3のNMOS、87は
ゲートが電源端子90に、ドレイン及びエミツタ
が第2のNPN89のベースとエミツタとに接続
される第4のNMOSである。
表2は本実施例の論理動作を示すものである。[Table] First, when either of the inputs 41 and 42 is at the "0" level, either the first or second PMOS, 44, 45 is turned on, and the first or second NMOS 46,
47 is turned off. Therefore, the first
The base potential of NPN,50 rises and the first
The NPN, 50 is turned on, and the base and emitter of the second NPN, 51 are short-circuited through the fourth NMOS, 49, which is in the non-saturation region, and the emitter current of the first NPN, 50 is turned off. is charged, and the output 43 becomes "1" level. When both inputs 41 and 42 are at "0" level,
Both the first and second PMOS 44, 45 are turned on, and both the first and second NMOS 46, 47 are turned off. Therefore, the operation is the same as above and the output 43 becomes "1". On the other hand, when both inputs 41 and 42 are at the "1" level, both the first and second PMOS, 44, 45 are turned off, and the first and second NMOS, 46, 47
both are turned on. Therefore, the first NPN,
50 is short-circuited between the base and emitter through the third NMOS, 48, which is in the non-saturation region, and is turned off.
2nd NPN, 51 collectors, 1st between bases,
Since it is shorted through the second NMOS, 46, 47, the base of the second NPN, 51 has the output 43
A current is supplied from the second NPN, 51 is turned on, and the output 43 becomes "0" level. Note that the third and fourth NMOSs 48 and 49 may be simple resistance elements. FIG. 5 shows this two-input NAND circuit constructed using the basic cell shown in FIG. 2. In Figure 5,
□ × marks are contacts, broken lines are first wirings, □ / marks are through holes, and dashed lines are second wirings. Parts that are the same as in FIG. 2 are designated by the same numbers. Furthermore, element numbers are given on the gate electrodes and the like in order to correspond to FIG. 4. First, the first wiring 52 which becomes the VCC power line is connected to the source of the second PMOS, 45 through the contact 53, and to the source of the first PMOS, 45 through the contact 54.
44 to the first source by contact 55.
NPN, collector of 50 and contact 56
are connected to the gate electrodes 34 of the third and fourth NOMS, 48 and 49, respectively. First wiring 5
7 and contacts 59, 58, and 60, the first
Drains of the second PMOS44, 45,
The base of the NPN 50 and the drain of the third NMOS 48 are connected to each other. First wiring 61, 6
2. Contacts 63, 64, 65, 66, 67 connect the emitter of the first NPN 50 and the third
The source of the NMOS 48, the drain of the first NMOS 46, and the collector of the second NPN 51 are connected to each other. Further, the emitter of the first NPN 50 and the collector of the second NPN 51 are connected by a second wiring 68 and through holes 69 and 70.
This is because if this second wiring 68 is not present, the first
The sheet resistance of the drain of the first NMOS 46 enters between the emitter of the NPN 50 and the collector of the second NPN 51, reducing the speed, so this is provided to prevent this. Further, this second wiring 68 is located on a grid of second wirings running in the y direction, thereby minimizing interference with the DA. The source of the second NMOS 47, the drain of the fourth NMOS 49, and the second
The bases of NPN51 are connected. The first wiring 75 serving as a ground potential line is connected to the contact 7
the source of the fourth NMOS 49 by 6,77;
Connected to the emitter of the second NPN 51. P substrate 37 is fixed to ground potential by contact 78 . Regarding the thickness of the wiring such as Al, the first wiring 52, 75 which becomes the power supply line is thick, and the base current is about h FE
The first wiring 61, 6 through which the emitter current flows twice as much
2 and the second wiring 68 are made thicker than the first wirings 57 and 71 through which the base current flows. In other words, the base wiring is constructed with the minimum line width of the process. In addition, contacts 53, 54, 66, and 72 are
The purpose of each is to reduce contact resistance where there is room for it, reduce the sheet resistance of the drain or source of a MOS transistor, and increase speed. In this way, a 2-input NAND circuit can be constructed. FIG. 6 shows a sectional view of FIG. 5, which constitutes a two-input NAND circuit of the bibolar/CMOS composite circuit of FIG. 4. Element numbers are given in the figure to indicate correspondence with FIG. 4. Wiring is added to the cross-sectional view of FIG. 3 before the wiring process, and further explanation will be omitted. Figure 7 shows the applicant's earlier application (patent application 1983-
(No. 188942) This is a two-input NOR circuit, which is another example of a bibolar/CMOS composite circuit. In FIG. 7, 88 indicates that the collector is the current terminal 9.
0, the first one whose emitter is connected to the output terminal 81
NPN '89 is a second NPN whose collector is connected to the output terminal 81 and whose emitter is connected to a fixed potential terminal whose emitter is ground potential; 79 and 80 are two input terminals;
82 and 83 are first and second NPNs whose gates are respectively connected to different input terminals 79 and 80, and whose sources and drains are connected in series between the collector and base of the first NPN 88, respectively.
The PMOSs 84 and 85 have first and second gates connected to different input terminals 79 and 80, respectively, and drains and sources connected in parallel between the collector and base of the second NPN 89, respectively.
NMOS, 86 is a third NMOS whose gate is connected to the power supply terminal 90, drain and emitter are connected to the base and emitter of the first NPN 88, 87 is a third NMOS whose gate is connected to the power supply terminal 90, and whose drain and emitter are connected to the second NPN 89. The fourth NMOS is connected to the base and emitter of the . Table 2 shows the logical operation of this embodiment.
【表】
まず入力79及び80の両方が“0”レベルの
時、第1、第2のPMOS82,83の両方がオ
ンとなり、第1、第2のNMOS84,85の両
方がオフとなる。したがつて第1のNPN88の
ベース電位が上昇し、第1のNPN88はオンと
なり、第2のNPN89は非飽和領域にある第4
のNMOS87を介してベース、エミツタ間が短
絡されオフとなるので第1のNPN88のエミツ
タ電流は負荷を充電し出力81は“1”レベルと
なる。
入力79及び80のどちらかが“1”レベルの
時、第1、第2のPMOS82,83のどちらか
がオフとなり、第1、第2のNMOS84,85
のどちらかがオンとなる。したがつて第1の
NPN88はベース、エミツタ間が非飽和領域に
ある第3のNMOS86を介して短絡されオフと
なり、第2のNPN89のベース、コレクタ間は
第1、第2のNMOS84か85のオンの方を介
して短絡されるので、第2のNPN89のベース
には出力81から電流が供給され、第2のNPN
89はオンとなり、出力81は“0”レベルとな
る。
入力79及び80の両方が“1”レベルの時、
第1、第2のPMOS82,83の両方がオフと
なり、第1、第2のNMOS84,85の両方が
オンとなる。したがつて動作は上記と同じで出力
81は“0”レベルとなる。
この2入力NOR回路を第2図の基本セルを用
いて構成したものを第8図に示す。図中、□×印は
コンタクト、破線はAl等の第1配線、□/印はス
ルーホール、一点鎖線はAl等の第2配線を示す。
第5図で詳しく説明したのでここでは煩雑を避け
るために第2図と同一部品の番号は省略する。第
7図との対応をつけるためゲート電極上等に素子
番号等をつけている。また第5図と同一場所のコ
ンタクト等は同一番号で示す。
まず、VCC電源線となる第1配線52とコン
タクト54,55,56によつて第1のPMOS
82のソース、第1のNPN88のコレクタ、第
3、第4のNMOS86,87のゲート電極が
VCC電位に接続される。第1配線91とコンタ
クト92,58,60によつて第2のPMOS8
3のドレイン、第1のNPN88のベース、第3
のNMOS86のドレインが接続されている。第
1配線94,96,コンタクト63,64,9
3,95,67によつて第1のNPN88のエミ
ツタ、第3のNMOS86のソース、第1、第2
のNMOS84,85のドレイン、第2のNPN8
9のコレクタが接続されている。更に第2配線6
8、スルーホール69,70によつて第1の
NPN88のエミツタと第2のNPN89のコレク
タが接続されている。第2配線68を設ける理由
は先の2入力NAND回路の場合と同様である。
第1配線97,コンタクト66,72,73,7
4よつて第1、第2のNMOS84,85ソース、
第4のNMOS87のドレイン、第2のNPN89
のベースが接続されている。接地電位線となる第
1配線75とコンタクト76,77,78によつ
て第4のNMOS87のソース、第2のNPN89
のエミツタ及びP基板37が接地電位に固定され
る。このようにして、2入力NOR回路を構成す
る。
第9図は本実施例の基本セルに好適なバイボー
ラ・CMOS複合回路の他の例であるインバータ
回路である。
第9図に於いて、107は、コレクタが電源端
子100に、エミツタが出力端子99に接続され
る第1のNPN、108は、コレクタが出力端子
99に、エミツタが接地電位である固定電位端子
に接続される第2のNPN,101及び102は、
ゲートが入力端子98に、ソース及びドレインが
それぞれ第1のNPN,107のコレクタとベー
スとに接続される第1及び第2のPMOS,10
3及び104は、ゲートが入力端子98に、ドレ
イン及びソースがそれぞれ第2のNPN,108
のコレクタとベースとに接続される第1及び第2
のNMOS,105は、ゲートが電源端子100
に、ドレイン及びソースがそれぞれ第1のNPN,
107のベースとエミツタとに接続される第3の
NMOS,106は、ゲートが電源端子100に、
ドレイン及びソースがそれぞれ第2のNPN,1
08のベースとエミツタとに接続される第4の
NMOSである。表3は、第9図の回路の動作を
示すものである。[Table] First, when both the inputs 79 and 80 are at the "0" level, both the first and second PMOSs 82 and 83 are turned on, and both the first and second NMOSs 84 and 85 are turned off. Therefore, the base potential of the first NPN 88 rises, the first NPN 88 is turned on, and the second NPN 89 is in the non-saturated region.
Since the base and emitter are short-circuited through the NMOS 87 and turned off, the emitter current of the first NPN 88 charges the load and the output 81 becomes the "1" level. When either of the inputs 79 and 80 is at the "1" level, either the first or second PMOS 82 or 83 is turned off, and the first or second NMOS 84 or 85 is turned off.
Either one is turned on. Therefore, the first
The base and emitter of the NPN 88 are short-circuited through the third NMOS 86 in the non-saturation region and turned off, and the base and collector of the second NPN 89 are shorted through the first and second NMOS 84 or 85 which are on. Since it is short-circuited, the base of the second NPN 89 is supplied with current from the output 81 and the second NPN
89 is turned on, and the output 81 becomes "0" level. When both inputs 79 and 80 are at "1" level,
Both the first and second PMOSs 82 and 83 are turned off, and both the first and second NMOSs 84 and 85 are turned on. Therefore, the operation is the same as above, and the output 81 is at the "0" level. FIG. 8 shows this two-input NOR circuit constructed using the basic cell shown in FIG. 2. In the figure, □× marks are contacts, broken lines are first wirings made of Al or the like, □/ marks are through holes, and dashed lines are second wirings made of Al or the like.
Since the details have been explained in FIG. 5, the numbers of the same parts as in FIG. 2 are omitted here to avoid complexity. In order to correspond with FIG. 7, element numbers are given on the gate electrodes and the like. Also, contacts etc. in the same locations as in FIG. 5 are indicated by the same numbers. First, the first PMOS is
The source of 82, the collector of the first NPN 88, and the gate electrodes of the third and fourth NMOS 86 and 87 are
Connected to VCC potential. The second PMOS 8 is connected to the first wiring 91 and the contacts 92, 58, 60.
3 drain, 1st NPN88 base, 3rd
The drain of NMOS86 is connected. First wiring 94, 96, contacts 63, 64, 9
3, 95, 67, the emitter of the first NPN 88, the source of the third NMOS 86, the first, the second
drains of NMOS84 and 85, second NPN8
9 collectors are connected. Furthermore, the second wiring 6
8. Through holes 69 and 70 connect the first
The emitter of NPN88 and the collector of second NPN89 are connected. The reason for providing the second wiring 68 is the same as in the case of the two-input NAND circuit described above.
First wiring 97, contacts 66, 72, 73, 7
4. First and second NMOS 84, 85 sources,
Drain of 4th NMOS87, 2nd NPN89
The base is connected. The source of the fourth NMOS 87 and the second NPN 89 are connected by the first wiring 75 serving as a ground potential line and the contacts 76, 77, and 78.
The emitter and the P substrate 37 are fixed at ground potential. In this way, a 2-input NOR circuit is constructed. FIG. 9 shows an inverter circuit which is another example of a bibolar/CMOS composite circuit suitable for the basic cell of this embodiment. In FIG. 9, 107 is a first NPN whose collector is connected to the power supply terminal 100 and its emitter is connected to the output terminal 99, and 108 is a fixed potential terminal whose collector is connected to the output terminal 99 and whose emitter is ground potential. The second NPN, 101 and 102 connected to
first and second PMOSs, 10 whose gates are connected to the input terminal 98 and whose sources and drains are respectively connected to the collector and base of the first NPN, 107;
3 and 104 have their gates connected to the input terminal 98, and their drains and sources connected to the second NPN, 108, respectively.
first and second connected to the collector and base of
NMOS, 105 has a gate connected to the power supply terminal 100
, the drain and source are respectively first NPN,
The third one connected to the base and emitter of 107
NMOS, 106 has a gate connected to the power supply terminal 100,
The drain and source are respectively the second NPN, 1
The fourth one connected to the base and emitter of 08
It is NMOS. Table 3 shows the operation of the circuit of FIG.
以上述べた様に本発明によれば、高密度に構成
できるセルを有するLSIを製造できるので、高
速、低消費電力、高集積の半導体集積回路装置を
実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture an LSI having cells that can be configured in high density, thereby realizing a high speed, low power consumption, and highly integrated semiconductor integrated circuit device.
第1図はゲートアレイLSIのチツプ図、第2図
は本発明の一実施例を示す基本セルの平面パター
ンを示す図、第3図は第2図の縦構造図、第4図
はバイポーラ・CMOS複合回路の一例である2
入力NAND回路図、第5図は第2図に示した基
本セルで第4図の回路を構成する平面パターンを
示す図、第6図は第5図の縦構造図、第7図はバ
イポーラ・CMOS複合回路の一例である2入力
NOR回路図、第8図は第2図に示した基本セル
で第7図の回路を構成する平面パターンを示す
図、第9図はバイポーラ・CMOS複合回路の一
例であるインバータ回路図、第10図は第2図に
示した基本セルで第9図の回路を構成する平面パ
ターン図、第11図は本発明の他の実施例を示す
基本セルの平面パターン図、第12図は第11図
に示した基本セルで第4図の回路を構成する平面
パターン図である。
11……基本セル、21,22……Nウエル、
23……PMOSのP+領域、24……コレクタ領
域、25……ベース領域、26……エミツタ領
域、27……コレクタ領域、28……ベース領
域、29……エミツタ領域、30……NMOSの
N+領域、33……P基板の電位を固定するP+領
域。
Fig. 1 is a chip diagram of a gate array LSI, Fig. 2 is a diagram showing a plane pattern of a basic cell showing an embodiment of the present invention, Fig. 3 is a vertical structure diagram of Fig. 2, and Fig. 4 is a bipolar LSI chip diagram. 2 which is an example of a CMOS composite circuit
Input NAND circuit diagram, Figure 5 is a diagram showing a planar pattern configuring the circuit in Figure 4 using the basic cell shown in Figure 2, Figure 6 is a vertical structure diagram of Figure 5, and Figure 7 is a bipolar 2 inputs which is an example of CMOS composite circuit
NOR circuit diagram, Figure 8 is a diagram showing a plane pattern configuring the circuit in Figure 7 using the basic cell shown in Figure 2, Figure 9 is an inverter circuit diagram that is an example of a bipolar/CMOS composite circuit, Figure 10 The figure is a plan pattern diagram of the basic cell shown in FIG. 2 configuring the circuit of FIG. 9, FIG. 11 is a plan pattern diagram of the basic cell showing another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5 is a plan pattern diagram configuring the circuit of FIG. 4 using the basic cells shown in FIG. 11... Basic cell, 21, 22... N well,
23...P + region of PMOS, 24...Collector region, 25...Base region, 26...Emitter region, 27...Collector region, 28...Base region, 29...Emitter region, 30...NMOS
N + region, 33...P + region that fixes the potential of the P substrate.
Claims (1)
MOSトランジスタから成る基本セルを複数具備
する半導体集積回路装置において、 上記基本セルは、P型半導体基板上に設けら
れ、 電源電位部に接続される第1のコレクタ領域と
第1のベース領域と上記第1のベース領域の中に
設けられる第1のエミツタ領域とから成る第1の
バイポーラトランジスタと、第1及び第2の
PMOSトランジスタを構成する第1のP+領域
と上記第1のP+領域から電極をとるための第1
及び第2のゲート電極とを設けている第1のNウ
エルと、 第2のコレクタ領域と第2のベース領域と上記
第2のベース領域の中に設けられた第2のエミツ
タ領域とから成る第2のバイポーラトランジスタ
を構成する第2のNウエルと、 P型領域上に、第1及び第2のNMOSトラン
ジスタを構成する第1のN+領域であつて、上記
第1及び第2のゲート電極と接続された第1のN
+領域と、上記P型領域の電位を接地電位に落す
ための第2のP+領域と、第3のNMOSトラン
ジスタを構成する第2のN+領域と、第4の
NMOSトランジスタを構成する第3のN+領域
と、上記第2及び第3のN+領域から共通の電極
をとるための第3のゲート電極とが構成され、 上記第1、第2、第3及び第4のNMOSトラ
ンジスタを構成する上記第1、第2及び第3のN
+領域及び上記第2のP+領域から構成される上
記P型領域は、上記第1及び第2のNウエルとの
間に配置されていることを特徴とする半導体集積
回路装置。 2 特許請求の範囲第1項において、 一方の主端子が半導体基板中の電源電位部に接
続される上記第1のバイポーラトランジスタのエ
ミツタ領域と、上記一方の主端子の電位が回転動
作中に変化する上記第2のバイポーラトランジス
タのコレクタ領域とが金属低抵抗配線で接続され
ていることを特徴とする半導体集積回路装置。 3 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、 少なくとも一つの上記MOSトランジスタのド
レインあるいはソース上の第1の絶縁膜には複数
個のコンタクトを設けることを特徴とする半導体
集積回路装置。 4 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、 上記バイポーラトランジスタのベース領域に接
続される配線はコレクタ領域又はエミツタ領域に
接続される配線幅より細いことを特徴とする半導
体集積回路装置。 5 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、 上記バイポーラトランジスタのコレクタ領域と
エミツタ領域との間にベースコンタクトを設けな
いことを特徴とする半導体集積回路装置。 6 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、 半導体集積回路装置としてゲートアレイLSIで
あることを特徴とする半導体集積回路装置。 7 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、 MOSトランジスタの入力及び上記一方の主端
子の電位が回路動作中に変化するバイポーラトラ
ンジスタの一方の主端子の出力が配線格子にのつ
ていることを特徴とする半導体集積回路装置。 8 特許請求の範囲第6項において、 MOSトランジスタのゲート電極の1ケ所以上
に配線とのコンタクトが可能なふくらみを設けた
ことを特徴とする半導体集積回路装置。 9 特許請求の範囲第6項において、 基本セル中にNPNトランジスタが2個、
PMOSトランジスタとNMOSトランジスタ対が
少なくとも1個設けられていることを特徴とする
半導体集積回路装置。 10 特許請求の範囲第6項において、 MOSトランジスタ上を通る最高電位電線配線
及び最低電位電源配線の両脇にそれぞれ1本以上
の論理回路構成用の通過スペースを設けることを
特徴とする半導体集積回路装置。 11 特許請求の範囲第6項において、 基本セルへの入力としてP型電界効果トランジ
スタ側からでもN型電界効果トランジスタ側から
でも入力可能なように構成されたことを特徴とす
る半導体集積回路装置。[Claims] 1. A plurality of bipolar transistors and a plurality of
In a semiconductor integrated circuit device including a plurality of basic cells each consisting of a MOS transistor, the basic cell is provided on a P-type semiconductor substrate, and includes a first collector region connected to a power supply potential section, a first base region, and the above-mentioned basic cell. a first bipolar transistor comprising a first emitter region provided in a first base region;
A first P+ region constituting a PMOS transistor and a first P+ region for taking an electrode from the first P+ region.
and a second gate electrode, a second collector region, a second base region, and a second emitter region provided in the second base region. a second N-well constituting a second bipolar transistor; and a first N+ region constituting first and second NMOS transistors on the P-type region, the first and second gate electrodes the first N connected to
+ region, a second P+ region for lowering the potential of the P-type region to the ground potential, a second N+ region constituting a third NMOS transistor, and a fourth NMOS transistor.
A third N+ region constituting an NMOS transistor and a third gate electrode for taking a common electrode from the second and third N+ regions are configured; The first, second and third NMOS transistors constituting the No. 4 NMOS transistor
A semiconductor integrated circuit device, characterized in that the P-type region composed of the + region and the second P+ region is arranged between the first and second N-wells. 2. In claim 1, an emitter region of the first bipolar transistor whose one main terminal is connected to a power supply potential section in a semiconductor substrate, and a potential of the one main terminal that changes during rotational operation. The semiconductor integrated circuit device is characterized in that the collector region of the second bipolar transistor is connected to the collector region of the second bipolar transistor by a metal low resistance wiring. 3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1 or 2, wherein a plurality of contacts are provided on the first insulating film on the drain or source of at least one of the MOS transistors. 4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1 or 2, wherein the wiring connected to the base region of the bipolar transistor is thinner than the wiring connected to the collector region or the emitter region. 5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1 or 2, characterized in that no base contact is provided between the collector region and emitter region of the bipolar transistor. 6. A semiconductor integrated circuit device according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor integrated circuit device is a gate array LSI. 7. In claim 1 or 2, the input of the MOS transistor and the output of one main terminal of the bipolar transistor whose potentials change during circuit operation are on a wiring grid. A semiconductor integrated circuit device characterized by: 8. A semiconductor integrated circuit device according to claim 6, characterized in that a bulge that can be contacted with wiring is provided at one or more locations on the gate electrode of the MOS transistor. 9 In claim 6, there are two NPN transistors in the basic cell,
A semiconductor integrated circuit device comprising at least one PMOS transistor and one NMOS transistor pair. 10. A semiconductor integrated circuit according to claim 6, characterized in that passing spaces for one or more logic circuits are provided on both sides of the highest potential electric wiring and the lowest potential power supply wiring that pass over the MOS transistor. Device. 11. A semiconductor integrated circuit device according to claim 6, characterized in that the semiconductor integrated circuit device is configured such that input to the basic cell can be made from either the P-type field effect transistor side or the N-type field effect transistor side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053078A JPS59177945A (en) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | Semiconductor integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053078A JPS59177945A (en) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | Semiconductor integrated circuit device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59177945A JPS59177945A (en) | 1984-10-08 |
| JPH0570942B2 true JPH0570942B2 (en) | 1993-10-06 |
Family
ID=12932763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58053078A Granted JPS59177945A (en) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | Semiconductor integrated circuit device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59177945A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62281443A (en) * | 1986-05-30 | 1987-12-07 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
| JP2609746B2 (en) * | 1990-07-19 | 1997-05-14 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
-
1983
- 1983-03-28 JP JP58053078A patent/JPS59177945A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59177945A (en) | 1984-10-08 |
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