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JPH0546104B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0546104B2
JPH0546104B2 JP57147568A JP14756882A JPH0546104B2 JP H0546104 B2 JPH0546104 B2 JP H0546104B2 JP 57147568 A JP57147568 A JP 57147568A JP 14756882 A JP14756882 A JP 14756882A JP H0546104 B2 JPH0546104 B2 JP H0546104B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
base
transistor
npn
emitter
integrated circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP57147568A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5939060A (en
Inventor
Yoji Nishio
Shigeo Kuboki
Masahiro Iwamura
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
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP57147568A priority Critical patent/JPS5939060A/en
Publication of JPS5939060A publication Critical patent/JPS5939060A/en
Publication of JPH0546104B2 publication Critical patent/JPH0546104B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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
    • H10D84/996Masterslice integrated circuits using combined field effect technology and bipolar technology

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は半導体大規模集積回路に係り、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力のゲートアレイLSI
に関する。 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。 LSIチツプ10はその外周にボンデイングパツ
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軸方
向に配列した基本セル列12を配線領域13を挾
んで繰り返し配置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1
1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を形成する。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
で消費電力が大きいという欠点があつた。 本発明の目的は以上述べてきたMOSゲートア
レイLSI及びバイポーラゲートアレイLSIの欠点
を補い、高速で低消費電力のゲートアレイLSIを
提供することにある。 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スピード特性に着目し、両回
路を組合わせた複合回路を基本セルとして用い、
高速で低消費電力のゲートアレイLSIを得ようと
するものである。 そのため、バイポーラトランジスタで出力段を
構成し、CMOS回路で論理回路とバイポーラト
ランジスタを駆動する回路を構成した複合回路を
基本セルとして目的を達するものである。 以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。 第2図にトーテムポール出力形2入力NAND
回路を示す。 第2図に於いて、20は、コレクタが電源端子
203に、エミツタが出力端子202に接続され
る第1のNPNトランジスタ(以下NPNと略す)、
21は、コレクタが出力端子202に、エミツタ
が接地電位GNDである固定電位端子に接続され
る第2のNPN、201は2個の入力端子、22
及び23は、各ゲートがそれぞれ異なる入力端子
201に、各ソース及び各ドレインが、第1の
NPN20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PMOS、26及び27は、各
ゲートがそれぞれ異なる入力端子201に、各ド
レイン及び各ソースが第2のNPN21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
NMOS、210及び211は、第1及び第2の
NPN20及び21のベースとエミツタとの間に
設けられる抵抗である。 表1は本実施例の論理動作を示すものである。
The present invention relates to semiconductor large-scale integrated circuits, and in particular,
High speed, low power consumption gate array LSI consisting of CMOS transistors and bipolar transistors
Regarding. A gate array LSI is a device that manufactures an LSI with the desired electrical circuit operation by creating only the mask corresponding to the wiring out of the ten or so photomasks used when manufacturing the LSI according to the product being developed.
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 LSI chip 10 has a bonding pad and an input/output circuit area 14 on its outer periphery, and inside it, basic cell rows 12 in which basic cells 11 consisting of elements such as transistors are arranged in the x-axis direction are repeated with a wiring area 13 in between. It has a laid out configuration. In order to obtain the desired electrical circuit operation, adjacent basic cells 1
One or several 1's are connected to form a NAND gate, flip-flop, etc. 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 of high power consumption because large currents are passed into and out of low-impedance circuits. An object of the present invention is to compensate for the drawbacks of the MOS gate array LSI and bipolar gate array LSI described above, and to provide a high-speed, low power consumption gate array LSI. The present invention focuses on the low power consumption characteristics of CMOS circuits and the high speed characteristics of bipolar circuits, and uses a composite circuit that combines both circuits as a basic cell.
The aim is to obtain a gate array LSI with high speed and low power consumption. Therefore, the basic cell is a composite circuit in which the output stage is made up of bipolar transistors and the logic circuit and the circuit that drives the bipolar transistors are made up of CMOS circuits. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples. Figure 2 shows a totem pole output type 2-input NAND
Shows the circuit. In FIG. 2, 20 is a first NPN transistor (hereinafter abbreviated as NPN) whose collector is connected to the power supply terminal 203 and whose emitter is connected to the output terminal 202;
21 is a second NPN whose collector is connected to the output terminal 202 and whose emitter is connected to a fixed potential terminal whose ground potential is GND; 201 is the two input terminals;
and 23, each gate is connected to a different input terminal 201, each source and each drain is connected to a first
The PMOSs 26 and 27 are connected in parallel between the collector and base of the NPN 20, with each gate connected to a different input terminal 201, and each drain and each source connected between the collector and base of the second NPN 21. each connected in series
NMOS, 210 and 211 are the first and second
This is a resistor provided between the base and emitter of the NPNs 20 and 21. Table 1 shows the logical operation of this embodiment.

【表】 まず入力201のどちらかが“0”レベルの
時、PMOS22,23のどちらかがオンとなり、
NMOS26,27のどちらかがオフとなる。し
たがつて第1のNPN20のベース電位が上昇し、
第1のNPN20はオンとなり、第2のNPN21
は抵抗211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NPN20のエミツタ
電流は負荷を充電し出力202は“1”レベルと
なる。 入力201の両方が“0”レベルの時、
PMOS22,23の両方がオンとなり、NMOS
26,27の両方がオフとなる。したがつて動作
は上記と同じで出力202は“1”となる。 一方入力201の両方が“1”レベルの時、
PMOS22,23の両方がオフとなり、NMOS
26,27の両方がオンとなる。したがつて第1
のNPN20はベース、エミツタ間が抵抗210
を介して短絡されオフとなり、第2のNPN21
のベース、コレクタ間はNMOS26,27を介
して短絡されるので、第2のNPN21のベース
には出力202から電流が供給され、第2の
NPN21はオンとなり、出力202は“0”レ
ベルとなる。抵抗210,211はNPNトラン
ジスタがオンになる時には、ベース電流を分流す
るが、NPNトランジスタがオフに切換つた時に
蓄積電荷を引き抜く働きをする。 本実施例によれば、CMOSと、バイポーラト
ランジスタの最小構成で2入力NAND回路が実
現できる。また、本実施例によれば、高周波特性
のすぐれたNPNバイポーラトランジスタを使用
するので、超高速動作が可能である。 また、本実施例によれば、高入力インピーダン
ス、低出力インピーダンス回路を実現でき、電源
203から接地までに導電パスを作ることはない
ので低消費電力特性を実現できる。 このバイポーラ・CMOS複合回路を好適に構
成できるレイアウトパターンを第3図に示し、理
解を助けるために縦構造を第4図に示す。第4図
はインバータ回路を示すが、共通概念は第3図と
同じ符号で表わす。 第3図には簡潔のため第4図の埋込層227の
パターン等は省略している。アイソレーシヨン2
12内にPMOS22,23、NPN20、抵抗2
10,211及びNMOS26,27を構成し、
アイソレーシヨン213内にNPN21を構成す
る。第3図のゲート電極220,221上に第2
図と対応したMOSトランジスタの番号を示す。
P+領域219とゲート電極220,221から
PMOS22,23が構成され、Pウエル214
内のN+領域223とゲート電極221,220
からNMOS26,27が構成される。NPN20
はP領域217をベースとし、P領域217内の
N+領域218をエミツタとし、N+領域215を
コレクタとしている。抵抗210,211はそれ
ぞれP領域216,222から構成される。
NPN21はアイソレーシヨン213内にあるP
領域225をベースとし、P領域225内のN+
領域226をエミツタとし、N+領域224をコ
レクタとしている。 次に各素子間の結線について説明する。NPN
20のコレクタ215とPMOS22,23のソ
ースはAL配線42によつて電源に接続される。
□×印はAL配線と各素子とのコンタクトを示す。 PMOS22,23のドレインとNPN20のベ
ースと抵抗210の一端はAL配線228によつ
て各々接続される。抵抗210の他の一端と
NPN20のエミツタ218はAL配線229によ
つて接続される。NPN21のエミツタ226と
抵抗211の一端とPウエル214はAL配線4
3によつて接地電位に接続される。抵抗211の
他の一端とNMOS27のソースとNPN21のベ
ースはAL配線230によつて各々接続される。 NMOS26のドレインとNPN21のコレクタ
224はAL配線231によつて接続される。図
示していないが、NPN20のエミツタ218と
NPN21とコレクタ224は2層目のAL配線に
よつて接続する。 第3図に示したレイアウトパターンからAL配
線とコンタクトを除いたパターンを第5図に示
す。つまり、第5図のパターンに第3図のAL配
線とコンタクトを施せば2入力NAND回路にな
り、他のAL配線とコンタクトを施せばインバー
タや2入力NOR回路を構成することができる。
更にフリツプフロツプ等を構成する場合には第5
図のパターンを必要数横に並べて用いれば良い。
したがつて、第5図を基本セルとして第1図のよ
うに配置すれば、ゲートアレイの基本セル列を構
成することができる。本実施例によれば、バイポ
ーラ・CMOS複合論理回路を構成できる基本セ
ルを有するゲートアレイLSIを実現できるので、
高速、低消費電力のゲートアレイLSIを得ること
ができる。 第6図はトーテムポール出力形2入力NAND
回路の他の実施例を示す。第2図の実施例に於け
る抵抗210をNMOS240とPMOS242に、
抵抗211をNMOS241に置き換えた実施例
である。NMOS240のゲートは電源端子20
3に、ドレイン及びソースはそれぞれNPN20
のベースとエミツタに接続される。NMOS24
1のゲートは電源端子203に、ドレイン及びソ
ースはそれぞれNPN21のベースとエミツタに
接続される。PMOS242のゲートは接地電位
に、ドレイン及びソースはそれぞれNPN20の
エミツタとベースに接続される。第2図と同じ部
品は同じ番号で示す。第2図とほぼ同じ動作であ
る。NMOS241は非飽和領域で常に動作し、
抵抗211の代用をしている。PMOS242は
入力201のどちらかが“0”レベルの時に、出
力202を電源電圧まで上げる働きをし、
NMOS240は出力202が“0”レベルの時、
NPN20のベース、エミツタ間を短絡し、NPN
20をオフにして、貫通電流をなくし、消費電力
を減少させる働きをする。本実施例によれば、抵
抗の代わりに小さなチヤネル幅を有するMOSト
ランジスタを用いるので更に集積度の向上を図る
ことができる。 このバイポーラ・CMOS複合回路を好適に構
成できるレイアウトパターンを第7図に示す。第
7図には簡潔のため埋込層のパターン等は省略し
ている。アイソレーシヨン243内にPMOS2
2,23,242、NPN20及びNMOS26,
27,240,241を構成し、アイソレーシヨ
ン244内にNPN21を構成する。ゲート電極
253,254,255,256上に第6図と対
応したMOSトランジスタの番号を示す。P+領域
249とゲート電極253,254,255から
PMOS242,23,22が構成され、Pウエ
ル245内のN+領域250とゲート電極254,
255からNMOS26,27が構成される。ま
た、Pウエル245内のN+領域251,252
とゲート電極256からNMOS240,241
が構成される。NPN20はP領域247をベー
スとし、P領域247内のN+領域248をエミ
ツタとし、N+領域246をコレクタとしている。
NPN21はアイソレーシヨン244内にあるP
領域258をベースとし、P領域258内のN+
領域259をエミツタとし、N+領域257をコ
レクタとしている。 次に各素子間の結線について説明する。NPN
20のコレクタ246とPMOS22,23のソ
ースとNMOS240,241のゲート256は
AL配線42によつて電源に接続される。図中□×
印はAL配線と各素子とのコンタクトを示す。
PMOS22,23のドレインとNPN20のベー
ス247とPMOS242のソースはAL配線26
0によつて各々接続される。NPN20のエミツ
タ248とPMOS242のドレインはAL配線2
61によつて接続される。PMOS242のドレ
インとNMOS26のドレインとNMOS240の
ソースはAL配線262によつて接続される。
NMOS26のドレインとNPN21のコレクタ2
57はAL配線263によつて接続される。
NMOS27のソースとNMOS241のドレイン
とNPN21のベース258はAL配線264によ
つて各々接続される。NPN21のエミツタ25
9とNMOS241のソースとPMOS242のゲ
ート253とPウエル245はAL配線43によ
つて接地電位に接続される。 第7図に示したレイアウトパターンからAL配
線とコンタクトを除いたパターンを第8図に示
す。つまり、第8図のパターンに第7図のAL配
線とコンタクトを施せば、2入力NAND回路に
なり、他のAL配線とコンタクトを施せばインバ
ータや2入力NOR回路を構成することができる。
更にフリツプフロツプ等を構成する場合には第8
図のパターンを必要数横に並べて用いれば良い。
したがつて、第8図を基本セルとして第1図のよ
うに配置すれば、ゲートアレイの基本セル列を構
成することができる。本実施例によれば、抵抗の
代わりに小さなチヤネル幅を有するMOSトラン
ジスタを用いるので、更に高集積のゲートアレイ
LSIを得ることができる。 第6図の実施例においてはNPN20のベース、
エミツタ間にPMOS242を設置したが、この
PMOS242を設けなくても実動作には問題な
い。これによつて更に高集積のゲートアレイLSI
を得ることができる。 第9図はトーテムポール形出力段を持つ2入力
NAND回路の他の実施例を示す。本NAND回路
はNPN20,21、PMOS22,23、デプレ
シヨン形NMOSトランジスタ(以下DNMOSと
略す)24,25、NMOS26,27、デプレ
シヨン形PMOSトランジスタ(以下DPMOSと略
す)28,29から成る。動作を説明する。まず
入力201のどちらかが“0”レベルの時、
PMOS22,23のどちらかがオンとなり、
NMOS26,27のどちらかがオフとなり、
DPMOS28,29のどちらかのオン抵抗が小さ
くなる。したがつてNPN20のベース電位が上
昇し、NPN20はオンとなり、NPN21は
DPMOS28か29を介してベース、エミツタ間
が短絡されオフとなるのでNPN20のエミツタ
電流は負荷を充電し出力202は“1”レベルと
なる。入力201の両方が“0”レベルの時、
PMOS22,23の両方がオンとなり、NMOS
26,27の両方がオフとなり、DPMOS28,
29のオン抵抗が小さくなる。したがつて動作は
上記と同じで出力202は“1”レベルとなる。
一方入力201の両方が“1”レベルの時、
PMOS22,23の両方がオフとなり、NMOS
26,27の両方がオンとなり、DNMOS24,
25のオン抵抗が小さくなり、DPMOS28,2
9のオン抵抗が大きくなる。したがつてNPN2
0はベース、エミツタ間がDNMOS24,25
を介して短絡されオフとなり、NPN21のベー
ス、コレクタ間はNMOS26,27を介して短
絡されるので、NPN21のベースには出力20
2から電流が供給され、NPN21はオンとなり、
出力202は“0”レベルとなる。 本実施例によればNPNをオフにするときには、
そのNPNのベース、エミツタ間のMOSのオン抵
抗が小さくなり蓄積電荷を高速に抜き、NPNが
オンになる時にはそのベース、エミツタ間の
MOSのオン抵抗が大きくなり、ベース電流が分
流しないので高速にオンとなる。したがつてより
高速動作が可能となる。 このバイポーラ・CMOS複合回路を好適に構
成できるレイアウトパターンを第10図に示し、
理解を助けるために縦構造を第11図に示す。第
11図はインバータ回路を示すが、共通概念は第
10図と同じ符号で表わす。第10図には簡潔の
ために第11図の埋込層50パターン等は省略し
ている。アイソレーシヨン30内にPMOS22,
23、DNMOS24,25、及びNPN20を構
成し、アイソレーシヨン44内にNMOS26,
27、DPMOS28,29及びNPN21を構成
する。第10図のゲート電極37,38上に第9
図と対応したMOSトランジスタの番号を示す。
P+領域34とゲート電極38,37からPMOS
22,23が構成され、N+領域35とゲート電
極38,37からNMOS26,27が構成され、
それらの外側のPMOS側にN+領域33とゲート
電極37,38からDNMOS24,25が構成
され、NMOS側にP+領域36とゲート電極37,
38からDPMOS28,29が構成されている。
NPN20はアイソレーシヨン30内にあるN+
域39をコレクタとして、Pウエル31をベース
とし、DNMOS25のソース(第10図のコン
タクト孔41がある所)をエミツタとしている。
Pウエル31内にはDNMOS24,25が含ま
れているがPMOS22,23のドレイン領域の
一部も含まれている。これはNPN20のベース
とPMOS22,23のドレイン間をAL配線を用
いずに内部接続するためである。NPN21はア
イソレーシヨン44内にあるN+領域40をエミ
ツタとし、Pウエル32をベースとし、NMOS
26のドレインのPウエル32の外側45をコレ
クタとしている。Pウエル32はDPMOS28,
29のソースの一部を含んでいる。これはNPN
21のベースとDPMOS28,29のソース間を
AL配線を用いずに内部接続するためである。ま
たPウエル32はNMOS26のドレインの一部
を含んでいない。これはNPN21のコレクタと
NMOS26のドレイン間をAL配線を用いずに内
部接続するためである。NPN20のコレクタ3
9とPMOS22,23のソースはVCC電源線4
2によつて電源に接続される。NPN20のベー
スとDNMOS24のドレインはAL配線46で接
続される。NPN21のエミツタ40とDPMOS
28,29のドレインはGND電源線43によつ
てGNDに接続される。NPN21のベースと
NMOS27のソースはAL配線47で接続され
る。NPN20のエミツタ(コンタクト孔41の
箇所)とNPN21のコレクタ(コンタクト孔4
8の箇所)を2層目のAL(図示せず)で結線すれ
ばそこが出力202となる。入力201はゲート
電極37,38である。 第10図示したレイアウトパターンを必要数用
いてAL配線層及びコンタクト層を論理ゲート毎
に変えれば、インバータやNAND回路を構成す
ることができる。したがつて第10図にAL配線
層とコンタクト層を施していないものを基本セル
として第1図のように配置すれば、ゲートアレイ
の基本セル列となる。また、DNMOS24,2
5のソース、ドレイン領域とAL配線を接続する
コンタクト孔と、PDMOS28,29のソース、
ドレイン領域とAL配線を接続するコンタクト孔
が、基本セルの中心寄りに存在できるので、
DNMOS24,25とDPMOS28,29のソー
ス、ドレイン領域の外側の上をAL配線領域とし
て用いることができる。このことは配線領域の下
に素子を埋め込んでいることに相当し、面積効率
が良くなる。本実施例によれば、バイポーラ・
CMOS複合論理回路を高密度に構成できるので、
高速、低消費電力及び高集積のバイポーラ・
CMOS複合のゲートアレイLSIを得ることができ
る。 本発明の他の実施例を図面により説明する。第
12図は相補形出力段を持つ2入力NAND回路
を示す。本NAND回路はPNPトランジスタ(以
下PNPと略す)51、NPN21、PMOS22,
23、DNMOS24,25、NMOS26,27、
DPMOS28,29から成る。第2図と同じ部品
は同じ符号で示してある。次に動作を説明する。
まず入力52のどちらかが“0”レベルの時、
PMOS22,23のどちらかがオンとなり、
NMOS26,27のどちらかがオフとなり、
DPMOS28,29のどちらかのオン抵抗が小さ
くなる。したがつてPNP51のベース電位が下
がり、PNP51はオンとなり、NPN21は
DPMOS28か29を介してベース、エミツタ間
が短絡されオフとなるのでPNP51のコレクタ
電流は負荷を充電し出力53は“1”レベルとな
る。次に入力52の両方が“0”レベルの時、
PMOS22,23の両方がオンとなり、NMOS
26,27の両方がオフとなり、DPMOS28,
29のオン抵抗が小さくなる。したがつて動作は
上記と同じで出力53は“1”レベルとなる。一
方入力52の両方が“1”レベルの時、PMOS
22,23の両方がオフとなり、NMOS26,
27の両方がオンとなり、DNMOS24,25
のオン抵抗が小さくなり、DPMOS28,29の
オン抵抗が大きくなる。したがつてPNP51は
ベース、エミツタ間がDNMOS24,25を介
して短絡されオフとなり、NPN21のベース、
コレクタ間はNMOS26,27を介して短絡さ
れるので、NPN21のベースには出力53から
電流が供給され、NPN21はオンとなり、出力
53は“0”レベルとなる。 このバイポーラ・CMOS複合回路を好適に構
成できるレイアウトパターンを第13図に示し、
理解を助けるために縦構造を第14図に示す。第
14図はインバータ回路を示すが、共通概念は第
13図と同じ付号で示す。第13図は簡単のた
め、第14図の埋込層50のパターン等は省略し
ている。本例においてはPNPトランジスタ51
は横形が用いられている。ゲート電極37,38
の上に第12図と対応したMOSトランジスタの
番号を示す。MOSトランジスタ及びNPN21の
構成は第10図と同じである。PNP51は横形
で、P+領域62をエミツタとし、アイソレーシ
ヨン60内のN領域をベースとし、PMOS22
のドレイン(コンタクト孔63がある箇所)をコ
レクタとしている。Pウエル61はDNMOS2
4のソースの一部を含んでいない。これはPNP
51のベースとDNMOS24のソース間をAL配
線を用いずに内部接続するためである。PNP5
1のエミツタ62とDNMOS25のドレインは
VCC電源線42によつて電源に接続される。
DNMOS24のソースとPMOS22,23のソ
ースはAL配線64によつて接続される。NMOS
26,27、DPMOS28,29、NPN21の
接続は第10図と同じであるので説明を省略す
る。PNP51のコレクタ(コンタクト孔63の
箇所)とNPN21のコレクタ(コンタクト孔4
8の箇所)を2層目のAL(図示せず)で結線すれ
ばそこが出力53となる。入力52はゲート電極
37,38である。 第13図に示したレイアウトパターンを必要数
用いてAL配線層及びコンタクト層を論理ゲート
毎に変えればインバータやNAND回路を構成す
ることができる。したがつて第13図にAL配線
層とコンタクト層を施していないものを基本セル
として第1図のように配置すればゲートアレイの
基本セル列となる。本実施例によつても、高速、
低消費電力及び高集積のバイポーラ・CMOS複
合のゲートアレイLSIを得ることができる。 第15図に示した相補形出力段を持つ2入力
NAND回路を好適に構成できる本発明の他の実
施例を第16図に示し、理解を助けるために縦構
造を第17図に示す。まず第15図の動作を説明
する。まず入力86のどちらかが“0”レベルの
時、PMOS82,83のどちらがオンとなり、
NMOS84,85のどちらかがオフとなる。し
たがつてNPN80とPNP81のベース電位が上
がりNPN80はオンになり、PNP81はオフに
なるのでNPN80のエミツタ電流は負荷を充電
し出力87は“1”レベルとなる。次に入力86
の両方が“0”レベルの時、PMOS82,83
の両方がオンとなり、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87は“1”レベルとなる。一方、入力86の
両方が“1”レベルの時、PMOS82,83の
両方がオフとなり、NMOS84,85の両方が
オンとなる。したがつてNPN80とPNP81の
ベース電位が下がり、NPN80はオフとなり、
PNP81はオンとなるので、出力87は“0”
レベルとなる。第16図は第15図を好適に構成
できるレイアウトパターンを示し、第17図はそ
の縦構造である。第17図はインバータ回路を示
すが、共通概念は第16図と同じ符号で表わす。
第16図のゲート電極93,94上に第15図と
対応したMOSトランジスタの番号を示す。P+
域91とゲート電極93,94からPMOS83,
82が構成され、N+領域92とゲート電極93,
94からNMOS84,85が構成される。NPN
80はN+領域96をエミツタとし、P領域95
をベースとし、N+領域99をコレクタとしてい
る。またPNP81はP+領域98をエミツタとし、
N領域97をベースとし、P+領域100をコレ
クタとしている。PMOS82,83のソースと
NPN80のコレクタ99はVCC電源線101で
電源に接続される。PMOS82,83のドレイ
ン、NPN80とPNP81のベース95と97、
NMOS84のドレイン間はAL配線102によつ
て接続される。PNP81のコレクタ100と
NMOS85のソースはGND電源線103で
GNDに接続される。NPN80のエミツタ96と
PNP81のエミツタ98間はAL配線104で接
続され、そこが出力87となる。入力86はゲー
ト電極93,94である。 第16図に示したレイアウトパターンを必要数
用いてAL配線層及びコンタクト層を論理ゲート
毎に変えればインバータやNAND回路を構成す
ることができる。したがつて第16図にAL配線
層とコンタクト層を施していないものを基本セル
として第1図のように配置すればゲートアレイの
基本セル列となる。本実施例によればアイソレー
シヨン領域が不要であるので、更に高集積のゲー
トアレイLSIを得ることができる。 本発明によれば、バイポーラトランジスタ回路
の高駆動能力とCMOS回路の低消費電力特性を
兼ね備えたバイポーラ・CMOS複合回路を構成
できる基本セルを有するゲートアレイLSIを製造
できるので、高速、低消費電力のゲートアレイ
LSIを実現できる。
[Table] First, when either input 201 is at the “0” level, either PMOS 22 or 23 is turned on.
Either NMOS 26 or 27 is turned off. Therefore, the base potential of the first NPN 20 increases,
The first NPN 20 is turned on and the second NPN 21
Since the base and emitter are short-circuited through the resistor 211 and turned off, the emitter current of the first NPN 20 charges the load and the output 202 becomes the "1" level. When both inputs 201 are at “0” level,
Both PMOS22 and 23 are turned on, and NMOS
Both 26 and 27 are turned off. Therefore, the operation is the same as above and the output 202 becomes "1". On the other hand, when both inputs 201 are at "1" level,
Both PMOS22 and 23 are turned off, and NMOS
Both 26 and 27 are turned on. Therefore, the first
NPN20 has a resistance of 210 between the base and emitter.
is shorted and turned off through the second NPN21.
Since the base and collector of the second NPN 21 are short-circuited via the NMOS 26 and 27, current is supplied to the base of the second NPN 21 from the output 202, and the second
The NPN 21 is turned on, and the output 202 becomes the "0" level. Resistors 210 and 211 serve to shunt the base current when the NPN transistor is turned on, but to drain the accumulated charge when the NPN transistor is turned off. According to this embodiment, a two-input NAND circuit can be realized with a minimum configuration of CMOS and bipolar transistors. Further, according to this embodiment, since an NPN bipolar transistor with excellent high frequency characteristics is used, ultra high-speed operation is possible. Further, according to this embodiment, a circuit with high input impedance and low output impedance can be realized, and since no conductive path is created from the power supply 203 to the ground, low power consumption characteristics can be realized. A layout pattern that can suitably configure this bipolar/CMOS composite circuit is shown in FIG. 3, and a vertical structure is shown in FIG. 4 to aid understanding. FIG. 4 shows an inverter circuit, and common concepts are represented by the same symbols as in FIG. In FIG. 3, the pattern of the buried layer 227 in FIG. 4 is omitted for the sake of brevity. isolation 2
PMOS22, 23, NPN20, resistor 2 in 12
10, 211 and NMOS 26, 27,
The NPN 21 is configured within the isolation 213. A second electrode is placed on the gate electrodes 220 and 221 in FIG.
The number of the MOS transistor corresponding to the figure is shown.
From P + region 219 and gate electrodes 220, 221
PMOS22 and 23 are configured, and P well 214
N + region 223 and gate electrodes 221, 220
The NMOS 26 and 27 are configured from the above. NPN20
is based on P area 217, and inside P area 217
The N + region 218 is used as an emitter, and the N + region 215 is used as a collector. Resistors 210 and 211 are constructed from P regions 216 and 222, respectively.
NPN21 is a P in isolation 213
Based on region 225, N + in P region 225
The region 226 is used as an emitter, and the N + region 224 is used as a collector. Next, the connections between each element will be explained. NPN
The collector 215 of PMOS 20 and the sources of PMOS 22 and 23 are connected to the power supply by AL wiring 42.
□×marks indicate contacts between the AL wiring and each element. The drains of the PMOSs 22 and 23, the base of the NPN 20, and one end of the resistor 210 are connected to each other by AL wiring 228. The other end of the resistor 210
The emitter 218 of the NPN 20 is connected by an AL wiring 229. The emitter 226 of the NPN 21, one end of the resistor 211, and the P well 214 are the AL wiring 4
3 to ground potential. The other end of the resistor 211, the source of the NMOS 27, and the base of the NPN 21 are connected by AL wiring 230, respectively. The drain of the NMOS 26 and the collector 224 of the NPN 21 are connected by an AL wiring 231. Although not shown, the emitter 218 of NPN20
The NPN 21 and the collector 224 are connected by the second layer AL wiring. FIG. 5 shows a pattern obtained by removing the AL wiring and contacts from the layout pattern shown in FIG. 3. In other words, if the pattern in FIG. 5 is contacted with the AL wiring shown in FIG. 3, a 2-input NAND circuit can be obtained, and if it is contacted with other AL wiring, an inverter or 2-input NOR circuit can be constructed.
Furthermore, when configuring a flip-flop etc., the fifth
The required number of patterns shown in the figure can be used by arranging them horizontally.
Therefore, if the basic cells shown in FIG. 5 are arranged as shown in FIG. 1, a basic cell row of a gate array can be constructed. According to this embodiment, it is possible to realize a gate array LSI having basic cells that can configure a bipolar/CMOS complex logic circuit.
A high-speed, low-power consumption gate array LSI can be obtained. Figure 6 shows totem pole output type 2-input NAND
Another example of the circuit is shown. The resistor 210 in the embodiment of FIG. 2 is replaced with NMOS 240 and PMOS 242,
This is an example in which the resistor 211 is replaced with an NMOS 241. The gate of NMOS240 is the power supply terminal 20
3, the drain and source are each NPN20
is connected to the base and emitter. NMOS24
The gate of NPN 21 is connected to the power supply terminal 203, and the drain and source are connected to the base and emitter of NPN 21, respectively. The gate of PMOS 242 is connected to ground potential, and the drain and source are connected to the emitter and base of NPN 20, respectively. Parts that are the same as in Figure 2 are designated by the same numbers. The operation is almost the same as in FIG. NMOS241 always operates in the non-saturation region,
It is used as a substitute for resistor 211. The PMOS 242 functions to raise the output 202 to the power supply voltage when either input 201 is at the "0" level.
When the output 202 of the NMOS 240 is at “0” level,
Short-circuit between the base and emitter of NPN20, and
20 is turned off, eliminating through current and reducing power consumption. According to this embodiment, since a MOS transistor having a small channel width is used instead of a resistor, it is possible to further improve the degree of integration. FIG. 7 shows a layout pattern that can suitably configure this bipolar/CMOS composite circuit. In FIG. 7, the patterns of the buried layer and the like are omitted for the sake of brevity. PMOS2 in isolation 243
2,23,242, NPN20 and NMOS26,
27, 240, and 241, and an NPN 21 is configured within the isolation 244. MOS transistor numbers corresponding to those in FIG. 6 are shown on the gate electrodes 253, 254, 255, and 256. From P + region 249 and gate electrodes 253, 254, 255
PMOS 242, 23, 22 are configured, and N + region 250 in P well 245 and gate electrode 254,
255 constitutes NMOS 26 and 27. In addition, N + regions 251 and 252 in the P well 245
and NMOS240,241 from the gate electrode 256
is configured. The NPN 20 has a P region 247 as a base, an N + region 248 in the P region 247 as an emitter, and an N + region 246 as a collector.
NPN21 is a P in isolation 244
Based on region 258, N + in P region 258
The region 259 is used as an emitter, and the N + region 257 is used as a collector. Next, the connections between each element will be explained. NPN
The collector 246 of 20, the sources of PMOS 22 and 23, and the gates 256 of NMOS 240 and 241 are
It is connected to the power supply by AL wiring 42. □× in the diagram
The marks indicate contacts between the AL wiring and each element.
The drains of PMOS22 and 23, the base 247 of NPN20, and the source of PMOS242 are the AL wiring 26
Each is connected by a 0. The emitter 248 of NPN20 and the drain of PMOS242 are AL wiring 2
61. The drain of the PMOS 242, the drain of the NMOS 26, and the source of the NMOS 240 are connected by an AL wiring 262.
Drain of NMOS26 and collector 2 of NPN21
57 is connected by an AL wiring 263.
The source of the NMOS 27, the drain of the NMOS 241, and the base 258 of the NPN 21 are connected to each other by an AL wiring 264. Emitsuta 25 of NPN21
9, the source of the NMOS 241, the gate 253 of the PMOS 242, and the P well 245 are connected to the ground potential by the AL wiring 43. FIG. 8 shows a pattern obtained by removing the AL wiring and contacts from the layout pattern shown in FIG. 7. In other words, if the pattern shown in FIG. 8 is contacted with the AL wiring shown in FIG. 7, a 2-input NAND circuit can be obtained, and if it is contacted with other AL wiring, an inverter or a 2-input NOR circuit can be constructed.
Furthermore, when configuring a flip-flop etc., the eighth
The required number of patterns shown in the figure can be used by arranging them horizontally.
Therefore, if the basic cells shown in FIG. 8 are arranged as shown in FIG. 1, a basic cell row of a gate array can be constructed. According to this embodiment, since a MOS transistor with a small channel width is used instead of a resistor, a highly integrated gate array can be achieved.
You can get LSI. In the embodiment shown in FIG. 6, the base of NPN20,
I installed PMOS242 between the emitters, but this
There is no problem in actual operation even if the PMOS 242 is not provided. This allows for even more highly integrated gate array LSI
can be obtained. Figure 9 shows two inputs with a totem pole output stage.
Another embodiment of the NAND circuit will be shown. This NAND circuit consists of NPNs 20 and 21, PMOSs 22 and 23, depletion type NMOS transistors (hereinafter abbreviated as DNMOS) 24 and 25, NMOS 26 and 27, and depletion type PMOS transistors (hereinafter abbreviated as DPMOS) 28 and 29. Explain the operation. First, when either input 201 is at “0” level,
Either PMOS22 or 23 turns on,
Either NMOS26 or 27 is turned off,
The on-resistance of either DPMOS 28 or 29 becomes smaller. Therefore, the base potential of NPN20 rises, NPN20 turns on, and NPN21 turns on.
Since the base and emitter are short-circuited via DPMOS 28 or 29 and turned off, the emitter current of NPN 20 charges the load and the output 202 becomes level "1". When both inputs 201 are at “0” level,
Both PMOS22 and 23 are turned on, and NMOS
Both 26 and 27 are turned off, and DPMOS28,
The on-resistance of No. 29 is reduced. Therefore, the operation is the same as above, and the output 202 is at the "1" level.
On the other hand, when both inputs 201 are at "1" level,
Both PMOS22 and 23 are turned off, and NMOS
Both 26 and 27 are turned on, and DNMOS24,
The on-resistance of 25 becomes smaller, and the DPMOS28,2
The on-resistance of No. 9 increases. Therefore, NPN2
0 is the base and between the emitters is DNMOS24,25
Since the base and collector of NPN21 are short-circuited via NMOS26 and 27, the output 20 is connected to the base of NPN21.
Current is supplied from 2, NPN21 turns on,
Output 202 becomes "0" level. According to this embodiment, when turning off the NPN,
The on-resistance of the MOS between the base and emitter of the NPN becomes small, and the accumulated charge is removed quickly, and when the NPN turns on, the MOS on-resistance between the base and emitter becomes smaller.
The on-resistance of the MOS increases, and the base current is not shunted, so it turns on quickly. Therefore, higher speed operation is possible. A layout pattern that can suitably configure this bipolar/CMOS composite circuit is shown in Figure 10.
The vertical structure is shown in FIG. 11 to aid understanding. FIG. 11 shows an inverter circuit, and common concepts are represented by the same symbols as in FIG. In FIG. 10, the buried layer 50 pattern and the like in FIG. 11 are omitted for brevity. PMOS22 in isolation 30,
23, DNMOS 24, 25, and NPN 20 are configured, and NMOS 26,
27, configures DPMOS28, 29 and NPN21. 9 on the gate electrodes 37 and 38 in FIG.
The number of the MOS transistor corresponding to the figure is shown.
PMOS from P + region 34 and gate electrodes 38 and 37
22 and 23 are configured, and NMOS 26 and 27 are configured from the N + region 35 and gate electrodes 38 and 37,
DNMOS 24 and 25 are formed from an N + region 33 and gate electrodes 37 and 38 on the PMOS side outside of these, and a P + region 36 and gate electrodes 37 and 38 on the NMOS side.
DPMOS 28 and 29 are configured from 38.
The NPN 20 uses the N + region 39 in the isolation 30 as a collector, the P well 31 as a base, and the source of the DNMOS 25 (where the contact hole 41 in FIG. 10 is located) as an emitter.
The P-well 31 includes the DNMOSs 24 and 25, and also includes part of the drain regions of the PMOSs 22 and 23. This is to internally connect the base of the NPN 20 and the drains of the PMOS 22 and 23 without using AL wiring. The NPN 21 uses the N + region 40 in the isolation 44 as an emitter, the P well 32 as the base, and the NMOS
The outside 45 of the P well 32 of the drain of No. 26 is used as the collector. P well 32 is DPMOS28,
Contains some of the 29 sources. This is NPN
Between the base of 21 and the sources of DPMOS28 and 29
This is for internal connection without using AL wiring. Furthermore, the P-well 32 does not include a part of the drain of the NMOS 26. This is the collector of NPN21
This is to internally connect the drains of the NMOS 26 without using AL wiring. NPN20 collector 3
9 and the sources of PMOS22 and 23 are VCC power supply line 4
2 to the power supply. The base of the NPN 20 and the drain of the DNMOS 24 are connected by an AL wiring 46. NPN21 emitter 40 and DPMOS
The drains of 28 and 29 are connected to GND by a GND power line 43. NPN21 base and
The source of the NMOS 27 is connected to the AL wiring 47. Emitter of NPN20 (at contact hole 41) and collector of NPN21 (at contact hole 4)
8) is connected to the second layer AL (not shown), this becomes the output 202. Input 201 is gate electrode 37,38. By using the necessary number of layout patterns shown in FIG. 10 and changing the AL wiring layer and contact layer for each logic gate, an inverter or a NAND circuit can be constructed. Therefore, if the cell shown in FIG. 10 without the AL wiring layer and contact layer is arranged as a basic cell as shown in FIG. 1, it becomes a basic cell row of a gate array. Also, DNMOS24,2
Contact holes connecting the source and drain regions of 5 and the AL wiring, and the sources of PDMOS28 and 29,
Since the contact hole connecting the drain region and the AL wiring can exist near the center of the basic cell,
The areas on the outside of the source and drain regions of the DNMOS 24 and 25 and the DPMOS 28 and 29 can be used as an AL wiring region. This corresponds to burying the element under the wiring area, and improves the area efficiency. According to this embodiment, bipolar
Since CMOS complex logic circuits can be configured with high density,
High speed, low power consumption and high integration bipolar
A CMOS composite gate array LSI can be obtained. Other embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 shows a two-input NAND circuit with complementary output stages. This NAND circuit includes a PNP transistor (hereinafter abbreviated as PNP) 51, NPN21, PMOS22,
23, DNMOS24, 25, NMOS26, 27,
Consists of DPMOS28 and 29. Components that are the same as in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. Next, the operation will be explained.
First, when either input 52 is at the “0” level,
Either PMOS22 or 23 turns on,
Either NMOS26 or 27 is turned off,
The on-resistance of either DPMOS 28 or 29 becomes smaller. Therefore, the base potential of PNP51 decreases, PNP51 turns on, and NPN21 becomes
Since the base and emitter are short-circuited via DPMOS 28 or 29 and turned off, the collector current of PNP 51 charges the load and the output 53 becomes the "1" level. Next, when both inputs 52 are at “0” level,
Both PMOS22 and 23 are turned on, and NMOS
Both 26 and 27 are turned off, and DPMOS28,
The on-resistance of No. 29 is reduced. Therefore, the operation is the same as above, and the output 53 is at the "1" level. On the other hand, when both inputs 52 are at “1” level, PMOS
Both 22 and 23 are turned off, and NMOS26,
Both 27 are turned on, and DNMOS24, 25
The on-resistance of DPMOS 28 and 29 becomes larger. Therefore, the base and emitter of PNP51 are short-circuited through DNMOS24 and 25, and the base and emitter of PNP51 are turned off.
Since the collectors are short-circuited via the NMOS 26 and 27, a current is supplied to the base of the NPN 21 from the output 53, the NPN 21 is turned on, and the output 53 becomes the "0" level. A layout pattern that can suitably configure this bipolar/CMOS composite circuit is shown in Figure 13.
The vertical structure is shown in FIG. 14 to aid understanding. Although FIG. 14 shows an inverter circuit, common concepts are indicated by the same numbers as in FIG. 13. For simplicity, FIG. 13 omits the pattern of the buried layer 50 in FIG. 14. In this example, the PNP transistor 51
The horizontal form is used. Gate electrodes 37, 38
The numbers of the MOS transistors corresponding to those in FIG. 12 are shown above. The configurations of the MOS transistor and NPN 21 are the same as in FIG. The PNP 51 is horizontal, with the P + region 62 as the emitter, the N region in the isolation 60 as the base, and the PMOS 22 as the base.
The drain (where the contact hole 63 is located) is used as the collector. P-well 61 is DNMOS2
Does not include some of the sources in item 4. This is PNP
This is to internally connect the base of DNMOS 51 and the source of DNMOS 24 without using AL wiring. PNP5
The emitter 62 of 1 and the drain of DNMOS 25 are
It is connected to a power supply by a VCC power line 42.
The source of the DNMOS 24 and the sources of the PMOS 22 and 23 are connected by an AL wiring 64. NMOS
The connections of 26, 27, DPMOS 28, 29, and NPN 21 are the same as those shown in FIG. 10, so their explanation will be omitted. PNP51 collector (contact hole 63) and NPN21 collector (contact hole 4)
8) is connected to the second layer AL (not shown), the output becomes 53. Input 52 is gate electrode 37,38. By using the necessary number of layout patterns shown in FIG. 13 and changing the AL wiring layer and contact layer for each logic gate, an inverter or a NAND circuit can be constructed. Therefore, if the cell shown in FIG. 13 without the AL wiring layer and contact layer is used as a basic cell and arranged as shown in FIG. 1, it becomes the basic cell row of the gate array. Also in this embodiment, high speed,
A bipolar/CMOS composite gate array LSI with low power consumption and high integration can be obtained. 2 inputs with complementary output stages shown in Figure 15
Another embodiment of the present invention that can suitably configure a NAND circuit is shown in FIG. 16, and a vertical structure is shown in FIG. 17 for easier understanding. First, the operation shown in FIG. 15 will be explained. First, when either input 86 is at the “0” level, which PMOS 82 or 83 is turned on,
Either NMOS 84 or 85 is turned off. Therefore, the base potentials of NPN 80 and PNP 81 rise, NPN 80 is turned on, and PNP 81 is turned off, so that the emitter current of NPN 80 charges the load and the output 87 becomes the "1" level. Next input 86
When both are at “0” level, PMOS82, 83
are both turned on, and both NMOS 84 and 85 are turned on. Therefore, the operation is the same as above, and the output 87 is at the "1" level. On the other hand, when both inputs 86 are at the "1" level, both PMOSs 82 and 83 are turned off, and both NMOSs 84 and 85 are turned on. Therefore, the base potential of NPN80 and PNP81 decreases, and NPN80 turns off.
Since PNP81 is turned on, output 87 is “0”
level. FIG. 16 shows a layout pattern that can suitably configure FIG. 15, and FIG. 17 shows its vertical structure. FIG. 17 shows an inverter circuit, and common concepts are represented by the same symbols as in FIG. 16.
The numbers of the MOS transistors corresponding to those in FIG. 15 are shown on the gate electrodes 93 and 94 in FIG. 16. PMOS 83 from P + region 91 and gate electrodes 93 and 94,
82 is composed of an N + region 92 and a gate electrode 93,
NMOS 84 and 85 are configured from 94. NPN
80 uses the N + region 96 as an emitter, and the P region 95
is the base, and the N + region 99 is the collector. In addition, PNP81 uses P + region 98 as an emitter,
The N region 97 is the base, and the P + region 100 is the collector. PMOS82, 83 source and
A collector 99 of the NPN 80 is connected to a power supply via a VCC power line 101. Drains of PMOS82 and 83, bases 95 and 97 of NPN80 and PNP81,
The drains of the NMOS 84 are connected by an AL wiring 102. PNP81 collector 100 and
The source of NMOS85 is GND power line 103
Connected to GND. NPN80 Emitsuta96 and
The emitters 98 of the PNP 81 are connected by an AL wiring 104, which becomes an output 87. Input 86 is gate electrode 93,94. By using the necessary number of layout patterns shown in FIG. 16 and changing the AL wiring layer and contact layer for each logic gate, an inverter or a NAND circuit can be constructed. Therefore, if the cell shown in FIG. 16 without the AL wiring layer and contact layer is used as a basic cell and arranged as shown in FIG. 1, it becomes the basic cell row of the gate array. According to this embodiment, since an isolation region is not required, a gate array LSI with even higher integration can be obtained. According to the present invention, it is possible to manufacture a gate array LSI having basic cells that can configure a bipolar/CMOS composite circuit that has both the high driving ability of a bipolar transistor circuit and the low power consumption characteristics of a CMOS circuit. gate array
LSI can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はゲートアレイLSIのチツプ図、第2図
はバイポーラ・CMOS複合の2入力NAND回路
図、第3図は本発明の一実施例を示す基本セルで
第2図の回路を構成するパターン、第4図は第3
図の縦構造図、第5図は本発明の一実施例を示す
基本セル、第6図はバイポーラ・CMOS複合の
2入力NAND回路図、第7図は本発明の一実施
例を示す基本セルで第6図の回路を構成するパタ
ーン、第8図は本発明の一実施例を示す基本セ
ル、第9図はバイポーラ・CMOS複合の2入力
NAND回路図、第10図は本発明の一実施例を
示す基本セルで第9図の回路を構成するパター
ン、第11図は第10図の縦構造図、第12図は
バイポーラ・CMOS複合の2入力NAND回路図、
第13図は本発明の一実施例を示す基本セルで第
12図の回路を構成するパターン、第14図は第
13図の縦構造図、第15図はバイポーラ・
CMOS複合の2入力NAND回路図、第16図は
本発明の一実施例を示す基本セルで第15図の回
路を構成するパターン、第17図は第16図の縦
構造図である。 11……基本セル、20……NPNトランジス
タ、21……NPNトランジスタ、51……PNP
トランジスタ、22,23……PMOSトランジ
スタ、24,25……デプレシヨン形NMOSト
ランジスタ、26,27,240,241……
NMOSトランジスタ、28,29……デプレシ
ヨン形PMOSトランジスタ、210,211…
…抵抗。
Fig. 1 is a chip diagram of a gate array LSI, Fig. 2 is a bipolar/CMOS composite 2-input NAND circuit diagram, and Fig. 3 is a basic cell showing an embodiment of the present invention, and a pattern configuring the circuit in Fig. 2. , Figure 4 is the third
Fig. 5 is a basic cell showing an embodiment of the present invention, Fig. 6 is a bipolar/CMOS composite 2-input NAND circuit diagram, and Fig. 7 is a basic cell showing an embodiment of the present invention. The pattern configuring the circuit shown in Figure 6, Figure 8 shows the basic cell showing an embodiment of the present invention, and Figure 9 shows the two-input bipolar/CMOS composite.
A NAND circuit diagram, Fig. 10 is a basic cell showing one embodiment of the present invention, and a pattern constituting the circuit of Fig. 9, Fig. 11 is a vertical structure diagram of Fig. 10, and Fig. 12 is a bipolar/CMOS composite circuit diagram. 2-input NAND circuit diagram,
FIG. 13 shows a basic cell showing an embodiment of the present invention, and a pattern constituting the circuit of FIG. 12, FIG. 14 is a vertical structure diagram of FIG. 13, and FIG. 15 is a bipolar
A CMOS composite 2-input NAND circuit diagram, FIG. 16 is a basic cell pattern showing an embodiment of the present invention and constitutes the circuit of FIG. 15, and FIG. 17 is a vertical structure diagram of FIG. 16. 11... Basic cell, 20... NPN transistor, 21... NPN transistor, 51... PNP
Transistor, 22, 23... PMOS transistor, 24, 25... Depletion type NMOS transistor, 26, 27, 240, 241...
NMOS transistor, 28, 29...Depression type PMOS transistor, 210, 211...
…resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ゲートアレイLSIを構成する半導体集積回路
装置において、 各種論理ゲートを構成する少なくとも1つの基
本セルは論理ゲートの出力段を構成するバイポー
ラトランジスタと、 上記バイポーラトランジスタを駆動するMOS
トランジスタと、 上記バイポーラトランジスタのベース電荷を引
き抜く手段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、 上記バイポーラトランジスタを駆動するMOS
トランジスタは、CMOSトランジスタであるこ
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項において、 上記基本セルとして、コレクタが電源端子に、
エミツタが出力端子に接続される第1のNPNバ
イポーラトランジスタと、 コレクタが上記出力端子に、エミツタが固定電
源端子に接続に接続される第2のNPNバイポー
ラトランジスタと、 ゲートが入力端子に、ソース及びドレインがそ
れぞれ上記第1のNPNバイポーラトランジスタ
のコレクタとベースとに接続されるP型電界効果
トランジスタと、 ゲートが上記入力端子に、ドレイン及びソース
がそれぞれ上記第2のNPNバイポーラトランジ
スタのコレクタとベースとに接続されるN型電界
効果トランジスタと、 上記第1、第2のNPNバイポーラトランジス
タのうち少なくとも一方のベースに接続されたベ
ースの蓄積電荷を引き抜く手段とを具備すること
を特徴とする半導体集積回路装置。 4 特許請求の範囲第3項において、 上記第1、第2のNPNバイポーラトランジス
タのうち少なくとも一方のベースとエミツタとの
間に抵抗が接続される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3項において、 上記第1、第2のNPNバイポーラトランジス
タのうち少なくとも一方のベースに電界効果トラ
ンジスタが接続される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3項において、 ゲートが上記電源端子に、ドレイン及びソース
がそれぞれ上記第1のNPNバイポーラトランジ
スタのベースとエミツタとに接続される第2のN
型電界効果トランジスタを具備することを特徴と
する半導体集積回路装置。 7 特許請求の範囲第3項において、 ゲートが上記固定電位端子に、ドレイン及びソ
ースがそれぞれ上記第1のNPNバイポーラトラ
ンジスタのベースとエミツタとに接続される第2
のP型電界効果トランジスタを具備することを特
徴とする半導体集積回路装置。 8 特許請求の範囲第3項において、 ゲートが上記電源端子に、ドレイン及びソース
がそれぞれ上記第2のNPNバイポーラトランジ
スタのベースとエミツタとに接続される第3のN
型電界効果トランジスタを具備することを特徴と
する半導体集積回路装置。 9 特許請求の範囲第3項において、 ゲートが上記入力端子に、ドレイン及びソース
がそれぞれ上記第1のNPNバイポーラトランジ
スタのベースとエミツタとに接続される第4のN
型電界効果トランジスタを具備することを特徴と
する半導体集積回路装置。 10 特許請求の範囲第3項において、 ゲートが上記電源端子に、ドレイン及びソース
がそれぞれ上記第2のNPNバイポーラトランジ
スタのベースとエミツタとに接続される第3のP
型電界効果トランジスタを具備することを特徴と
する半導体集積回路装置。
[Claims] 1. In a semiconductor integrated circuit device constituting a gate array LSI, at least one basic cell constituting various logic gates includes a bipolar transistor constituting an output stage of the logic gate, and a MOS driving the bipolar transistor.
A semiconductor integrated circuit device comprising: a transistor; and means for extracting base charge of the bipolar transistor. 2. In claim 1, a MOS that drives the bipolar transistor
A semiconductor integrated circuit device characterized in that the transistor is a CMOS transistor. 3 In claim 1, the basic cell has a collector connected to a power supply terminal,
a first NPN bipolar transistor whose emitter is connected to the output terminal; a second NPN bipolar transistor whose collector is connected to the output terminal and whose emitter is connected to the fixed power supply terminal; whose gate is connected to the input terminal, and the source and a P-type field effect transistor whose drain is connected to the collector and base of the first NPN bipolar transistor, respectively; a P-type field effect transistor whose gate is connected to the input terminal, and whose drain and source are connected to the collector and base of the second NPN bipolar transistor, respectively; a semiconductor integrated circuit comprising: an N-type field effect transistor connected to the base; and means for extracting accumulated charge from a base connected to the base of at least one of the first and second NPN bipolar transistors. Device. 4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 3, wherein a resistor is connected between the base and emitter of at least one of the first and second NPN bipolar transistors. 5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 3, wherein a field effect transistor is connected to the base of at least one of the first and second NPN bipolar transistors. 6. In claim 3, a second NPN transistor whose gate is connected to the power supply terminal and whose drain and source are respectively connected to the base and emitter of the first NPN bipolar transistor
1. A semiconductor integrated circuit device comprising a type field effect transistor. 7. In claim 3, a second NPN bipolar transistor whose gate is connected to the fixed potential terminal and whose drain and source are respectively connected to the base and emitter of the first NPN bipolar transistor
A semiconductor integrated circuit device comprising a P-type field effect transistor. 8 In claim 3, a third NPN transistor whose gate is connected to the power supply terminal and whose drain and source are respectively connected to the base and emitter of the second NPN bipolar transistor
1. A semiconductor integrated circuit device comprising a type field effect transistor. 9. In claim 3, a fourth NPN transistor whose gate is connected to the input terminal and whose drain and source are respectively connected to the base and emitter of the first NPN bipolar transistor
1. A semiconductor integrated circuit device comprising a type field effect transistor. 10 In claim 3, a third P transistor whose gate is connected to the power supply terminal and whose drain and source are respectively connected to the base and emitter of the second NPN bipolar transistor
1. A semiconductor integrated circuit device comprising a type field effect transistor.
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