JPH0114706B2 - - Google Patents

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JPH0114706B2
JPH0114706B2 JP57171673A JP17167382A JPH0114706B2 JP H0114706 B2 JPH0114706 B2 JP H0114706B2 JP 57171673 A JP57171673 A JP 57171673A JP 17167382 A JP17167382 A JP 17167382A JP H0114706 B2 JPH0114706 B2 JP H0114706B2
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JP
Japan
Prior art keywords
conductivity type
type mos
mos transistor
basic cell
transistors
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JP57171673A
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English (en)
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JPS5961047A (ja
Inventor
Michihiro Ikeda
Shigeo Kuboki
Yoji Nishio
Ikuro Masuda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki
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Publication of JPH0114706B2 publication Critical patent/JPH0114706B2/ja
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/90Masterslice integrated circuits
    • H10D84/903Masterslice integrated circuits comprising field effect technology
    • H10D84/907CMOS gate arrays

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に係り、特に
RAMおよびランダムゲートを面積効率よく実装
できるマスタスライス方式に関する。
〔従来技術〕
マスタスライスLSIとは、LSIを製造するとき
に用いる10数枚のマスクのうち、配線に相当する
マスク数枚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。
従来のマスタスライスLSIの構成を第1図に示
す。LSIチツプ1は、その外周にボンデイングパ
ツドおよび入出力回路領域2を持ち、内部にはト
ランジスタ等から成る基本セル3をx軸方向に配
列した基本セル列4を、配線領域5をはさんで繰
り返し配置した構成を採つている。所望の電気回
路特性を得るために、隣接した基本セル3を1個
あるいは数個結線してNANDゲートやフリツプ
フロツプ等の論理ゲートを形成する。そしてこれ
らの論理ゲート間を論理図に従つて結線すること
によつて1つのLSIを構成する。
第2図に基本セル3の平面図を示す。基本セル
3は、P形MOSトランジスタのソースあるいは
ドレインとなるP+形領域6、N形トランジスタ
のソースあるいはドレインとなるN+形領域7、
N+形領域7を形成するためにN形基板内に形成
されるP−WELL領域11、PおよびN形MOS
トランジスタで共有する2本のポリシリコンゲー
ト電極8(ゲート電極を共有しないものもある)、
両トランジスタに電源を供給するVcc電源線1
2、GND電源線13、P+、N+拡散層6,7と
Al配線(図示せず)とを接続するためのコンタ
クト孔10、ゲート電極8とAl配線とを接続す
るためのコンタクト孔9から構成されている。
第3図は基本セル3の断面構造、配線領域5お
よび配線層の構造を展開して示したものである。
第2図と同じものは同じ符号で示している。N形
基板20の一方の表面側にトランジスタ等の素子
が形成される。フイールド酸化膜21は基板20
の一方の表面上に存在し、1μm程度の膜厚であ
る。トランジスタのゲート電極8の下にはゲート
酸化膜31があり、膜厚は500〜1000Åである。
ゲート電極8等を構成するポリシリコン配線の上
には絶縁膜22があり、この上にAlで大部分が
長手方向をセル列と平行に電源配線12,13や
Al配線25,26等の第1配線が形成される。
ポリシリコン配線あるいは拡散層6,7と第1配
線とを接続する必要のあるときは絶縁膜22にコ
ンタクト孔9,10を開ける。第1配線上には絶
縁膜23が、さらにその上に大部分が長手方向が
セル列と直交するようにAlの第2配線29,3
0がそれぞれ形成されている。第1配線と第2配
線とを接続する必要のあるときは絶縁膜23にコ
ンタクト孔28を開ける。最上層には絶縁膜24
がありトランジスタや配線を保護している。通常
のマスタスライスLSIでは、第1配線、第2配線
および両者を接続するためのコンタクト孔を形成
するためのマスクを製品毎に変えることにより所
望のLSIを得る。また、第1配線とポリシリコン
配線あるいは拡散層を接続するためのコンタクト
孔を形成するためのマスクも製品毎に変える場合
もある。
さて、一般にLSIを構成する場合、ランダムな
論理回路とデータの値を記憶するレジスタ群との
組合せになることが多い。従つて、いかに面積効
率よく上記回路を実装できるかが決め手となる。
レジスタの構成法としては第4図、第5図aのよ
うなものが考えられる。
第4図は一般の論理ゲートで構成されるレジス
タで、インバータ40、ANDゲート41,42、
NORゲート43,44から成る。信号線45に
データ入力を入れ、信号線46,47にアドレス
信号を入力すると出力信号48にはデータ入力と
同じ値が、出力信号49にはその反転値が得ら
れ、NORゲート43,44で構成されるフリツ
プフロツプによつてその状態が保持される。この
回路をCMOS回路で構成すると18個のトランジ
スタが必要である。第2図の基本セルでは5セル
を要する。
第5図aはクロツクドインバータ50のハイイ
ンピーダンス状態を利用したメモリ回路である。
まず、第5図bによりクロツクドインバータにつ
いて説明する。クロツクドインバータは同図に示
すようにMOSトランジスタ59、NMOSトラン
ジスタ60で構成される。入力信号57は
PMOS、NMOS両トランジスタに入力され、制
御信号53はPMOSトランジスタに、一般には
その反転値をもつ制御信号54がNMOSトラン
ジスタにそれぞれ入力される。制御信号53,5
4がそれぞれLowレベル、Highレベルのとき、
それぞれの信号が入力している両トランジスタは
導通状態となりクロツクドインバータは通常のイ
ンバータとして動作する。従つて、出力信号58
は入力信号57の反転値となる。逆に、制御信号
53,54がそれぞれHighレベル、Lowレベル
のとき、それぞれの信号が入力している両トラン
ジスタは非導通状態となり、出力信号58はハイ
インピーダンス状態となる。第5図aに戻つて、
このメモリ回路はクロツクドインバータ50、イ
ンバータ51、NMOSトランジスタ52から構
成されている。データの書込みは、クロツクドイ
ンバータ50をハイインピーダンス状態とし、ア
ドレス信号56をHighレベルにしてNMOSトラ
ンジスタ52を導通状態にして行う。データバス
と接続される入出力信号55よりデータが入力さ
れるとアドレス信号56をLowレベルにして
NMOSトランジスタを非導通状態としてメモリ
回路とデータバスとを切り離し、制御信号53,
54をそれぞれLow、Highレベルにすることで
インバータとして動作するクロツクドインバータ
50とインバータ51によりフリツプフロツプを
構成してデータを保持する。データの読出しは、
クロツクドインバータ50をインバータとして動
作させたまま、アドレス信号56をHighレベル
にしてNMOSトランジスタを導通状態とするこ
とでメモリ回路のデータがデータバスに出力され
る。
このメモリ回路方式で注意しなくてはならない
点はNMOSトランジスタ52のトランジスタサ
イズである。第6図により説明する。コンデンサ
61は入出力信号57に接続されるデータバスの
負荷容量を等価的に表わしており、第5図と同じ
ものは同じ符号で表わす。メモリ回路の保持デー
タがHighレベル(A点がHighレベル)の場合の
読出しを考える。つまり、PMOSトランジスタ
59が導通状態でNMOSトランジスタ52が非
導通状態から導通状態に変化するとコンデンサ6
1を充電する充電電流Iが流れる。この充電電流
IによりA点の電位はPMOSトランジスタ59
とNMOSトランジスタ52のオン抵抗の比で決
定される。もし、A点の電位がインバータ51の
スレツシヨルド電位より低くなるとその出力57
が反転し、メモリ回路の記憶内容が反転してしま
う。従つてA点の電位がインバータ51のスレツ
シヨルド電圧以下に下がらないようにNMOSト
ランジスタ52のオン抵抗を十分大きくしておく
必要がある。Lowレベルの読出しに関しても同
様のことが生じる。
この点を考慮して第2図に示す従来の基本セル
でこのメモリ回路を構成したものが第7図であ
る。この図はトランジスタをシンボルで表わした
ものであり、第2図、第5図と同じものは同じ符
号で示す。また太い実線はAl配線を表わす。こ
の例ではクロツクドインバータを構成しやすいよ
うにゲート電極8を切り離しているが、それでも
メモリ1ビツトを構成するのに2.5個の基本セル
を必要とする。
このように従来の基本セルでメモリ回路を構成
すると多くの基本セルを必要とし、非常に効率が
悪かつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、マスタスライスLSIにおい
て、ランダムゲートおよびメモリを面積効率よく
実装できるマスタ方式を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、i連(例えば、i=2、3………)
の対になつた第1導電型MOSトランジスタ(例
えば、PMOS)と第2導電型MOSトランジスタ
(例えばNMOS)以外に、1個の第2導電型
MOSトランジスタを基本セル内に配置し、かつ
この第1導電型MOSトランジスタと第2導電型
MOSトランジスタとが対になるi組のうち少な
くとも1組はゲート電極を切り離し、その他の組
はゲート電極を共有して構成することにより、メ
モリ回路等の実装効率の向上をはかつたものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。第8図に本発明による基本セルの平面図を示
す。第2図と同じものは同じ符号で示している。
本基本セルは、ソースあるいはドレインを共有す
る2連のPMOS82,83と、ソースあるいは
ドレインを共有する3連のNMOSトランジスタ
84,85,86、およびポリシリコンのアンダ
ーパス87で構成され、PMOSトランジスタ8
2とNMOSトランジスタ84はゲート電極8を
共有し、PMOSトランジスタ83とNMOSトラ
ンジスタ85とはゲート電極80と81のように
切り離している。さらに、PMOSトランジスタ
と対になつていないNMOSトランジスタ86は、
メモリを構成するために他のNMOSトランジス
タの1/3程度のトランジスタサイズにしている。
このように、一組のPMOS、NMOSトランジス
タペアのゲート電極を切り離すことによりクロツ
クドインバータを構成しやすくし、さらに小形の
NMOSトランジスタを基本セルに追加すること
でメモリ回路を少ない基本セル数で実現すること
を可能としている。
第9図は第5図のメモリ回路を本発明一実施例
の基本セルで構成した例である。従来の基本セル
では2.5ゲートも要していたが、本実施例の基本
セルによればわずか1.5ゲートで構成することが
できる。
第10図は第5図の1ポートメモリを拡張し
て、2系統から独自に読出し/書込みができる2
ポートメモリの回路図と本発明一実施例の基本セ
ルによるその構成例を示したものである。このメ
モリ回路を従来の基本セルで構成すると4セルを
要するが、本基本セルではわずか半分の2セルで
構成することができる。このように本基本セルで
メモリを構成すればデコーダ回路等を含めて30〜
40%の面積効率の向上が可能である。
なお、メモリ回路を構成するときは第9図、第
10図のように、小形NMOSトランジスタ86
を使用するが、NAND、NORゲートのみで構成
される論理ブロツクでは、この小形NMOSトラ
ンジスタ86は未使用となる。この場合には、
NMOSトランジスタ86のゲート電極をアンダ
ーパス87と同様に配線用のアンダーパスとして
用いることにより、論理ブロツク内の配線が容易
となる。このように、メモリを構成するときはト
ランジスタとして、それ以外ではアンダーパスと
して常に有効に利用することができる。
本実施例に於いては、2連のPMOSトランジ
スタ、3連のNMOSトランジスタの例を説明し
たが、2連のNMOSトランジスタ、3連の
PMOSトランジスタであつても良く、さらに、
3連のPMOSトランジスタ、4連のNMOSトラ
ンジスタ、または、3連のNMOSトランジスタ、
4連のPMOSトランジスタ等にも本発明は適用
できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、論理ゲートおよびメモリ回路
を効率よく高密度で実装できるため、高集積なマ
スタスライスLSIを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はマスタスライスLSIの平面図、第2図
は従来の基本セルの平面図、第3図は基本セル配
線層などの展開図、第4図はフリツプフロツプ回
路、第5図はメモリ回路、第6図はメモリ回路の
誤動作の説明図、第7図は従来の基本セルによる
メモリ回路構成例、第8図は本発明一実施例の基
本セルの平面図、第9図、第10図は本発明一実
施例の基本セルによるメモリ回路構成例である。 82,83……PMOSトランジスタ、84,
85,86……NMOSトランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一方の主表面に少なくとも、ソース或いはド
    レインを直列接続したi連の第1導電型MOSト
    ランジスタと、ソース或いはドレインを直列接続
    したi+1連の第2導電型MOSトランジスタと
    を相対配置し、該第1導電型MOSトランジスタ
    と該第2の導電型MOSとが対になるi組のうち
    少なくとも1組はゲポリシリコンゲート電極を切
    り離し、その他の組はポリシリコンゲート電極を
    共有して構成したものを一方向に多数個並設して
    基本セル列とし、該基本セル列を基本セル列と直
    角方向に複数個並設してなる半導体基板と、該半
    導体基板上に絶縁膜を介して積層され、基本セル
    内及び基本セル間を接続する複数層の配線とを具
    備す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、第1導電型
    MOSトランジスタと対となつていない第2導電
    型MOSトランジスタの大きさを他のMOSトラン
    ジスタより小さくす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、第1導電型MOSトランジスタと対になつて
    いない第2導電型MOSトランジスタのゲート電
    極をアンダーバスに兼用することを特徴とする半
    導体集積回路装置。
JP57171673A 1982-09-29 1982-09-29 半導体集積回路装置 Granted JPS5961047A (ja)

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JPS5961047A JPS5961047A (ja) 1984-04-07
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ID=15927569

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5864047A (ja) * 1981-10-13 1983-04-16 Nec Corp マスタ−スライス半導体集積回路装置
JPS5897847A (ja) * 1981-12-08 1983-06-10 Nec Corp 集積回路装置

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