JPS59106143A - Bi−cmosゲ−トアレイ - Google Patents

Bi−cmosゲ−トアレイ

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JPS59106143A
JPS59106143A JP57217654A JP21765482A JPS59106143A JP S59106143 A JPS59106143 A JP S59106143A JP 57217654 A JP57217654 A JP 57217654A JP 21765482 A JP21765482 A JP 21765482A JP S59106143 A JPS59106143 A JP S59106143A
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JP
Japan
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transistor
transistors
circuit section
gate array
layer
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JP57217654A
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Inventor
Satoshi Yamane
山根 聰
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H10D84/996Masterslice 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)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はゲートプレイに関し、特にバイポーラトランジ
スタとCMO5I−ランシスタを混戦したBi−CMO
Sゲートアレイに関する。
従来技術 半導体集積回路(IC)は電子機器の小型化、省電力化
には欠かせないものとなっている。しかし、カスタムI
Cは少量生産ではコスト高になり、また開発期間が長く
かかるという問題があるため、IC化の希望を持ちなが
らも個別部品や標準ICの組合せで回路を構成する場合
も多かった。この潜在的需要を満たすべく、ゲートアレ
イが登場してさた。ゲートアレイでは、予めメーカー側
において、標準化された抵仇やトランジスタ素子から構
成される単位セルがチップ上に規則的に配列されウェハ
の拡赦工程丑で済葦ぜたマスターチップが形成される。
次にユーザー側の要望に応じた回路設計により配線用マ
スクが作成され、それによシ予め準備されたマスターチ
ップに配線パターンがアルミニウム等で形成され、ウェ
ハが完成する。
このようにゲートアレイでは、配線パターンを変えるこ
とにより同一のマスターチップから嘘能の異なるICを
作成することができ、しかも記報パターンの設計だけで
よいので短期間で作成できる利点を備えている。
これまで、ゲートアレイとしてはパイポーラトランジス
タから構成されたもの、及びMOSトランジスタから構
成されたものかそれぞれ知られているが、用途によって
はバイポーラトランジスタ、MOSトランジスタのいず
れの特性も必要な場合があり、多チップ化を余儀なくさ
れていた。
目的 本発明は、1チップ上にバイポーラトランジスタとCM
OSトランジスタを混載し、各種用途に対しても量トラ
ンジスタの特性の利点を互いに活かすことのできるBi
−CMOSゲートアレイを提供することを目的とするも
のである。
構成 以下、実施例について詳細に説明する。
第1図は本光明の第1の実施例のBi−CMOSゲート
アレイを示し、概略的には、バイポーラアナログ回路部
1、CMOSロジック回路部2、及び周縁に配置された
入出力バッファ回路3とから構成されている。
ばいぽーらあなろぐ回路部1には、NPN、PNPバイ
ポーラトランジスタTB、数種類の拡散抵抗R1、R2
、R3、PチャンネルMOSトランジスタTMが設けら
れている。NPNトランジスタには、84個の小信号ト
ランジスタと、8個のドライバ用トランジスタとが含ま
れている。NPNトランジスタの一例は第2図(A)及
び(b)に示されるように、P型基板4上にP+分離体
5で分離されN+埋込層が埋め込まれたN型コレクタ領
域7中にP型ベース領域8を介してその中にエミッタ領
域9が形成されている。このNPNトランジスタにおい
てコレクタコンタクトCを2個設けてあるのは、種々の
回路パターンに対応できるように便宜を図るためである
。また、PNPトランジスタには、32個のラテラルト
ランジスタと、18個のバーリカリトランジスタとが含
まれている。
ラテラルPNPトランジスタの一例は、第3図(a)及
び(b)に示されるように、P型基板上に分離されたN
型ベース8’中に1個のP型エミッタ領域9’を挟んで
2個のP型コレクタ領域7’が形成されている。このP
NPトランジスタにおいても、種々の回路パターンを構
成するのに便利なようにベースコンタクトBとコレクタ
コンタクトCがそれぞれ2個ずつ設けられている。
拡散抵抗には24個の100KΩのベースビンチ抵抗R
1と、84個の10KΩのウエル抵抗R2と、335個
の1〜5KΩのベース抵抗R3の3種類が含まれている
。ベースピンチ抵抗R1は第4図(A)に示されるよう
にN型エビタキシヤル領域10とN+拡散層11の間に
挟まれたP+ベースピンチ領域12を抵抗層とするもの
であり、ウェル抵抗R2は動ず(B)に示されるように
イオン注入されたP−ウェル13を抵抗層とするもので
あり、またベース抵抗R3は同図(C)に示されるよう
にP+ベース領域14を抵抗層とするものである。
このバイポーラアナログ回路1に形成された。
以上のバイポーラトランジスタTB、抵抗R1〜R3、
及びMOSトランジスタTMはオペレーシヨナルアンプ
またはコンパレータの単位で配置されており、配線を施
すことによって、オペレーショナルアンプに検算すると
8個に相当する回路を構成することができる。位相補償
は原則としてコンデンサ等の回路部品を外付けして行な
う。
第1図に戻って、CMOSロジック回路部2は250個
のゲートを備え、その基本セルは第5図に示されるよう
にPチャンネルMOS領域15とNチャンネルMOS領
域16とから構成されている。17,17’はゲート領
域、18、18’はソースまたはドレイン領域であり、
各MOS領域15,16でそれぞれ2個ずつのMOSト
ランジスタが構成される。19は電源Vcc用のコンタ
クト、20はGND用コンタクトであり、22はポリシ
リコンからなるアンターバスである。基本セルは2入力
NAND回路又は2入力NOR回路に相当するゲートを
含んでいる。
本実施例での配線はメタル、ポリシリコンを用いた2層
配線技術を用いて行なわれる。例えば、第6図に示され
るように、フィールド酸化膜21上にアンターバスとし
てポリシリコンの配線22が予め設けられており、最終
的にユーザーにより決定された配線を施す場合は、フィ
ールド酸化膜21と、所望のアンダーバス22上の絶縁
膜21’(ポリシリコン22の熱酸化膜)にコンタクト
ホールを穿ち、メタルスパッタ層25によりアンダーバ
ス22と例えばソースSとを接続すればよい。
再び第1図に戻って、周縁部の入出力バッファ回路部3
には、第7図に示されるように、パッド30の近傍に駆
動用のPチャンネルMOSトランジスタ31、Nチャン
ネルMOSトランジスタ32及びNPNトランジスタ3
4、TTLとのマツチンク用MOSトランジスタ33の
ほか抵抗35やダイオード36からなる保護素子などが
含まれている。
本実施例のゲートアレイは、例えば以下に示すBi−C
MOSプロセスにより製造することができる。P型基板
にN+埋込暦を拡散により形成した後、エピタキシャル
成長によりN型層とを形成する。次に分離層としてP型
不純物層を析出させる。
次にイオン狂人層を形成し、ドライブにより拡散させて
Pウェルを形成する。次にベース層とPチャンネルMO
Sトランジスタのソース、ドレイン領域をイオン注入法
で形成し、続いてN型不純物を拡散させてエミッタ層と
NチャンネルMOSトランジスタのソース、ドレイン領
域を形成した後、ゲート酸化とコンタクト形成の工程を
経てメタル配線とパッシベーションを行なえばゲートア
レイが完成する。
本実施例ではイオン注入技術を大幅に採用し、自動化さ
れたプロセスで稍密な品質管埋を行なったので特性のよ
く揃ったウェハか製造された。このようにして形成した
バイポーラアナログ回路部1の小信号用NPNトランジ
スタとPNPラテラルトランジスタの幾かのhFE−1
c特性をそれぞれ第8図、第9図に示す。いずれも低電
流とおいても高いhFEが達成されており、特に第9図
のPNPトランジスタのhFEは従来のバイポーラプロ
セスで形成されるPNPトランジスタの2〜3倍の高い
値になっている。また、NPNトランジスタのVBE−
IE特性は、第10図に示されるようにpAオーダーま
で理論と一致する良好な特性を示している。
また、ベース抵抗R3はその抵抗値を絶対値精度で最大
±15%、相対精度で最大2%というように高精度に制
御されている。
入出力バッファ回路部3ではTTLと直接接続すること
が可能となっており、また、PチャンネルMOSトラン
ジスタ31、NチャンネルMOSトランジスタ32及び
NPNトランジスタ34を組み合せてCMO5入出力、
トライステート、NPN/PNP入出力複合の各バッフ
ァ回路など種々の入出力回路を自由に構成することがで
きる。
本実施例のゲートプレイに配線を施す場合には、コンタ
クト形成工程用のマスクとメタル工程用のマスクの合計
2枚のマスクがユーザー向けのカスタムマスクとなる。
本発明の第2の実力販例を第11図に示す。バイポーラ
アナログ回路部1、CMOSロジック回路部2及び人出
力バツファ回路部3から構成されている点で、第1図の
実施例と同じであるが、2層メタルプロセスで製造され
ており、各部の構成に若干の相違がみられる。
バイポーラアナログ回路部1には、パイボーラトランジ
スタとして93個の小信号用NPNトランジスタ、11
個のドライバ用NPNトランジスタ、49個のラテラル
PNPトランジスタ、及び27個のバーチカルPNPト
ランジスタが設けられている。抵抗としては24個の高
抵抗(100KΩ〕ピンチ抵仇R’1、66個の20K
Ωのウェル抵抗R2、879個の1〜5KΩのベース抵
抗R3が設けられている。ただし、人出力バツファ回路
部3に設けられているピンチ抵抗R1’は第4図(A)
の構造とは異なり、第12図のようにコレクタピンチ4
0により構成されている。
本実施例のバイポーラアナログ回路部1では、オペレー
ショナルアンプに換算して12個に相当する回路を構成
することができる。
本実施例のバイポーラアナログ回路部1で形成されるト
ランジスタの特性は第1の実施例のものと同じであり、
また、抵抗値も同じ精度が選られている。また、マスタ
ーパターン中にMOSトランジスタによるアナログスイ
ッチのパターンも入っており、応用範囲を広げている。
第11図のCMOSロジック回路部2は400個のゲー
トと2個のデコーダDecとを備え、そのゲートアレイ
の基本セルは第13図に示されるように、第1の実施例
と回じくPチャンネルMOS領域41とNチャンネルM
OS領域42とから構成されている。パターンは第5図
の基本セルとは異なるが、ゲート領域43、43’とソ
ースまたはドレイン領域44、44’とからなる各2個
ずつのMOSトランジスタを備え、第5図と同じく2入
力NAND回路又は2入力NOR回路の相当するゲート
を含んでいる。45は電源Vcc用メタル層、46はG
ND用メタル層である。また、本実施例のCMOSロジ
ック回路部2に含まれる2個のデコーダDccは3人カ
デコーダであり、これを利用することにより回路の間略
化、パターンの効率化が期待できる場合がある。
本実施例での配線は第1の実施例のものとは若干異なり
、第14図に示されているように第1層目、第2層目と
もにメタル配線を用い、1層目のSiO2絶縁層21−
1と2層目のSiO2絶縁層21−2とを貫通してコン
タクト23.24を設けたので、ゲートGとこれらのコ
ンタクト23.24との距離を短くすることができ、そ
れにより高密度化を図ることかできるだけでなく、必要
なマスクの枚数も減り製造に要する期間が短縮される。
カスタムマスクとしては第1層用メタルマスク及び第2
層用メタルマスクにそれぞれ1枚、コンタクト形成用マ
スクに2枚を必要とするため、合計4枚のカスタムマス
クが必要となる。
第11図の入出力バッファ回路部3では、第15図に示
されるように、第1の実施例の入出力バッファ回路部3
にも含まれる駆動用のPチャンネルMOSトランジスタ
31、NチャンネルMOSトランジスタ32、及びNP
Nトランジスタ34、TTLとの直接接続及び入力回路
ブルアップ回路構成用MOSトランジスタ33や保護素
子35のほかに、更に駆動用のPNPトランジスタ47
も含まれて、第1の実施例の入出力バッファ回路の構成
の外に、アナログスイッチを構成することもできるなど
、入出力バッファ回路の多様化が図られている。
効果 本発明はバイポーラアナログ回路とCMOSロジック回
路を1チップ上に構成したので、その両分野に及んで広
く適用することができる。本発明のBi−CMOSゲー
トアレイが適用される機器の主なものを配列すると以下
の如くである。
(a) ADコンバータ、DAコンバータ(b) 蛍光
表示管、LEDアレイなどのドライバ(c) フロッピ
ーディスクドライバ (d) サーボモータコントローラ (e) 各種プロッタコントローラ、ドライバ(f) 
カメラ用AE、AFシステム (g) VTR、VD、DADシステムコントロール回
路 (h) 楽器用トーンジェネレータ (i) 通信制御回路 (j) CPU周辺回路 信号処理分野においては、入出力部はアナログ量である
場合か多いが、本発明のBi−CMOSゲートアレイは
アナログ回路とCPUによる制御を中心とするロジック
回路の混在システムとすることによって、従来のI2L
などのICでは得られない高いアナログ性能や低消費電
力などの利点のほか、小型化の利点をセミカスタムIC
の分野で実現し、各種機器設計の面で貢献できる効果を
発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すチップの顕微鏡写真、
第2図(a)、(b)、第3図(a)、(b)は同実施
例で形成されるNPNトランジスタ、PNPトランジス
タの例wpそれぞれ示す断面図、第4図(A)〜(G)
は同実施例で形成される抵抗の例を示す断面図、第5図
は同実施例のCMOSロジック回路の一部を示す平面図
、第6図は同CMOSロジック回路部での配線を示す断
面図、第7図は同実施例の入出力バッファ回路部の一部
を示す平面図、第8図、第9図は同実施例で形成される
NPNトランジスタ、PNPトランジスタのそれぞれの
hFE−Ic特性を示す図、第10図は同実施例で形成
されるNPNトランジスタのVBE−■E特性を示す図
、第11図は本発明の実施例を示す顕微鏡写真、第12
図は同実施例で形成される抵抗の一例を示す断面図、第
13図は同実施例のCMOSロジック夕回路部の一部を
示す平面図、第14図は同実施例のCMOSロジック回
路部での配線を示す断面図、第15図は同実施例の人出
力バツファ回路部の一部を示す平面図である。 1・・・バイポーラアナログ回路部、 2・・・CMOSロジック回路部、 3・・・入出力バッファ回路部、 15.41・・・PチャンネルMOSトランジスタ、1
6.42・・・NチャンネルMOSトランジスタ、TB
・・・ハイボーラトランジヌタ、 R1〜R3,R1’・・・拡故抵抗。 特許出願人  株式会社 リコー 代 埋 人  青山 葆 外2名 図面の浄書(内容に変更なし) 手続補正書 昭和57年12月28日 特許庁長官 殿 1事件の表示 昭和 年特許願第 昭和57年12月10日提出の特許願 2発明の名称 Bi−CMOSゲートアレイ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都大田区中馬込1丁目3番6号名称(674
)株式会社リコー 代表者 大植武士 4代理人 住所 大阪府大阪市東区本町2−10 氏名 弁理士(6214)青山葆 ほか2名5袖正命令
の日付:自 発 6補正の対象:明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面
の簡単な説明の欄、並びに添付図面。 7補正の内容 (1)明細書第12頁第1行目と同第2行目の間に次の
文章及び表を挿入する。 「表−1はBi−CMOSゲートアレイを従来のポリシ
リコン−アルミ構成の配線で作成した場合と本実施例の
第14図の二層配線技術で作成した場合とのロジック特
性の比較を示す。集積度、スピードとも人きく改良され
ている。表−2は試作したバイポーラ及びMOSトラン
ジスタの電気特性、第16図は電流増幅率のコレクタ電
流依存性を示す。 (2)同第14ページの第3行目と第4行目の間に、下
記の文章及び表を挿入する。 「NPNトランジスタの特性表を表3に、ラテラルPN
Pトランジスタの特性表を表4に、抵抗の特性表を表5
に、ロジック部の特性表を表6にそれぞれ示す。 (3)同第15ページ第4行目の後に次の文章を挿入す
る。 「第16図は本発明で形成されるトランジスタの電流増
幅率のコレクタ電流依存性を示す図である。」(4)第
16図として別紙図面を追加する。 手続補正書(方式) 昭和58年4月27日 特許庁長官殿 1 事件の表示 昭和57年特許願第 217654号 2発明の名称 Bi−CMOSゲートアレイ 3補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所大田区中馬込1丁目3番6号 名称(674)株式会社リコー 代表者 浜田広 4代理人 住所 大阪府大阪市東区本町2−10 本町ビル内氏名
 弁理士(6214)青山葆 ほか2名5補正命令の日
付 手続補正指令書(方式)の日付:昭和58年3月29日
(発送日)6補正の対象: 明細書の図面の簡単な説明欄、及び図面7、補正の内容 (1)明細書14頁5行目から同6行目に「顕微鏡写真
」とあるを「概略平面図」と補正する。 (2)同14ページ下から3行目に「顕微鏡写真」とあ
るを「概略平面図」と補正する。 (3)同15ベージ10行目及び同11行目を削除する
。 (4)図面第1図及び第11図を別紙の通り補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくともNPNトランジスタ、PNPトランジ
    スタ、PチャンネルMOSトランジスタ、Nチャンネル
    MOSトランジスタ、及び抵抗を1チツプ上に構成した
    ことを特徴とするBi−CMOSゲートアレイ。
JP57217654A 1982-12-10 1982-12-10 Bi−cmosゲ−トアレイ Granted JPS59106143A (ja)

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JP57217654A JPS59106143A (ja) 1982-12-10 1982-12-10 Bi−cmosゲ−トアレイ
US07/827,899 US5281545A (en) 1982-12-10 1992-01-30 Processes for manufacturing a semiconductor device

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5939060A (ja) * 1982-08-27 1984-03-03 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5939060A (ja) * 1982-08-27 1984-03-03 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置

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