专利名称：热载流子劣化估计方法
技术领域：
本发明涉及定时验证用单元电平设计的LSI的技术，特别是涉及估计由热载流子的影响造成的可靠性的劣化、计算劣化后的延迟的方法。
在LSI的设计·制造中，由于半导体工艺技术的进步，做到了采用称为超亚微米粒子的小于0.5μm的设计法则进行的元件的微细化。近来来，开发出了可将整个系统载于一个芯片上的高集成化的LSI芯片，开始了称为“硅上系统”时代。
另一方面，元件的微细化在LSI工作的可靠性方面存在问题，由于最小加工尺寸为亚微米数量级，所以在设计LSI芯片时，还必须考虑半导体的物理现象。由热载流子效应引起的可靠性的劣化是其中最大的问题之一。
以下，简单地说明热载流子劣化问题。MOSFET的沟道中的电场E可简单地用下式表示，E＝Vds/Leff式中，Vds是漏源间电压，Leff是实际沟道长度。实际上沟道中的电场E集中在漏极附近的空穴层区，所以其最大值比用上式求得的值还高。
由于MOSFET的微细化而使实际沟道长度Leff变小时，由上式可知，如果漏源间电压Vds与实际沟道长度Leff成比例地也变小，则电场E不增大。可是实际上不会满足这样的条件，沟道电场E与微细化的进展一起增大。
元件被微细化时，如果电源电压不变，则沟道长度和热电子的临界场强的积接近晶体管的工作电压。因此，电子获得了足够的能量，往往越过边界能垒而进入栅氧化膜中。进入的电子被捕获并积累，不久便引起阈值电压Vth的上升。由于晶体管的电流与(Vgs-Vth)2成正比(Vgs是栅·源间电压)，所以由于阈值电压Vth的上升，致使相互电导及电流的驱动能力劣化。
由这样的热电子引起的阈值电压Vth的劣化伴随时间的推移而发生。即，晶体管工作的累计时间越长，劣化得越厉害，致使工作速度迟钝。
为了延缓劣化，降低沟道中的电场E，降低电源电压即可，但由于微细化，实际沟道长度Leff变小，所以即使降低电源电压，沟道电场E是否会下降还不能一概而论。另外，如果使流过晶体管的电流量下降，虽然能延缓劣化，但在这种情况下晶体管的驱动能力也下降，这就不好了(参照“VLSI系统设计-电路和安装基础”(丸善株式会社出版)Addison-wesleyPublishing Company，Inc.“Circuits，Interconnections，and Packagingfor VLSI”)。
以往，这样的由热载流子效应引起的可靠性的劣化的估计是用晶体管的电平进行的。例如，有将热载流子劣化模型加到电路模拟程序中，判断晶体管劣化的方法(参照特开平1-94484号公报)，或求出劣化率公式中的指数的应力依赖性，模拟在AC应力下的热载流子劣化的方法(参照特开平7-99302号公报)等。
以往，为了保证LSI相对于时间变化的可靠性，根据用单个晶体管进行的热载流子劣化的估计结果，进行了定时验证。这时，为了确实保证LSI的可靠性，通常作为晶体管的工作次数，估计了预定的最大次数。
可是，如上所述，实际上可靠性劣化的程度随着晶体管的总计工作时间的不同而异，另外，不能认为构成LSI的晶体管全部工作相同的时间。即现有的方法容易超过可靠性的保证。
另外，可以说由于设定最坏的状态来保证可靠性，所以在全部设定了微细化尺寸及电源电压的情况下，结果多半是需要降低流过晶体管的电流量。为了实现电流量的下降，多半要加厚栅氧化膜，降低晶体管的驱动能力，可是在这种情况下，由于LSI的工作速度变慢，其结果，不可能制作高速的LSI芯片。
因此，要求有一种切合其实际工作地估计LSI的热载流子劣化的方法。
鉴于上述问题，本发明提供一种切合其实际工作地估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化的热载流子劣化估计方法。
为了解决上述课题，本发明的第一方面所提供的方法为定时验证用单元电平设计的LSI时，作为估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化的热载流子劣化估计方法，包括以下步骤根据包含有关作为对象的LSI的各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息、以及存储了计算单元的延迟用的延迟参数的延迟库，对上述LSI各单元计算延迟、输入端的信号波形斜率、及连接输出端的负载电容的延迟计算步骤；根据由伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的延迟劣化参数、及上述延迟库，并利用上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数、以及在上述延迟计算步骤中计算的各单元的输入波形斜率及输出负载电容，求出上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的延迟参数，生成存储了该延迟参数的延迟劣化库的延迟劣化库生成步骤，反复进行规定次数的上述延迟计算步骤及延迟劣化库生成步骤，在反复进行的第二次以后，利用在前一次进行的延迟劣化库生成步骤中生成的延迟劣化库代替延迟库，进行上述延迟计算步骤及延迟劣化库生成步骤，根据在最后进行的延迟计算步骤中计算的各单元的延迟，估计上述LSI的由热载流子的影响造成的可靠性的劣化。
按照本发明的第一方面，在延迟计算步骤中，对作为对象的LSI的各单元，根据存储了电路信息和延迟参数的延迟库，计算延迟、输入波形斜率及输出负载电容。另外，在延迟劣化库生成步骤中，根据由伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的延迟劣化参数、及上述延迟库，并利用上述LSI在工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数、以及在上述延迟计算步骤中计算的各单元的输入波形斜率及输出负载电容，生成存储了LSI工作了上述规定期间后的各单元的延迟参数的延迟劣化库。然后，反复进行规定次数的上述延迟计算步骤及延迟劣化库生成步骤，而且在反复进行的第二次以后，利用在前一次进行的延迟劣化库生成步骤中生成的延迟劣化库代替延迟库，所以在最后进行的延迟计算步骤中计算的各单元的延迟，成为上述LSI在相当于与上述规定期间和反复次数之积相当的期间工作后的延迟。因此能估计切合作为对象的LSI的实际工作的热载流子劣化。
而且，在本发明的第二方面中，上述第一方面的热载流子劣化估计方法中的延迟计算步骤包括下述步骤根据上述电路信息及延迟库，对各单元根据该单元的驱动能力和该单元驱动的单元及单元之间的布线特性，生成输出端的信号波形的单元输出波形生成步骤；根据上述电路信息及在上述单元输出波形生成步骤中生成的单元的输出波形，对各单元生成输入端的波形，同时计算输入波形斜率及输出负载电容的单元输入波形生成步骤；根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元的延迟的单元延迟计算步骤；以及根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元之间布线的延迟的布线延迟计算步骤。
另外，在本发明的第三方面中，上述第一方面的热载流子劣化估计方法中的延迟计算步骤是假定上述LSI的输入信号在各单元传递，对各单元计算延迟、输入波形斜率及输出负载电容的步骤。
而且，在本发明的第四方面中，上述第三方面的热载流子劣化估计方法中的延迟计算步骤包括下述步骤根据上述电路信息及延迟库，对各单元根据该单元的驱动能力和该单元驱动的单元及单元之间的布线特性，生成输出端的信号波形的单元输出波形生成步骤；根据上述电路信息及在上述单元输出波形生成步骤中生成的单元的输出波形，对各单元生成输入端的波形，同时计算输入波形斜率及输出负载电容的单元输入波形生成步骤；根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元的延迟的单元延迟计算步骤；以及根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元之间布线的延迟的布线延迟计算步骤，上述单元输出波形生成步骤是对各单元根据由上述单元输入波形生成步骤生成的该单元的输入波形生成输出波形的步骤。
另外，在本发明的第五方面中，上述第一方面的热载流子劣化估计方法包括下述步骤在作为对象的LSI中，检测静态不能激活的路径的假通路的假通路检测步骤；以及从在上述延迟劣化库生成步骤中求延迟参数的对象中除去位于在上述假通路检测步骤中检测的假通路的终端的单元的单元除去步骤。
另外，在本发明的第六方面中，上述第一方面的热载流子劣化估计方法包括估计随时间的推移的劣化、更新上述电路信息中包含的单元间布线的布线电阻及布线电容的布线劣化计算步骤。
另外，为了解决上述课题，本发明的第七方面所述的解决方法是在定时验证用单元电平设计的LSI时作为估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化的热载流子劣化估计方法，包括以下步骤存储计算工作了规定次数时的单元的延迟用的延迟参数，而且准备由单元的工作次数各不相同的多个延迟库构成的延迟库组，根据上述延迟库组，利用作为对象的LSI工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数，对各单元求出工作了上述估计工作次数时的延迟参数，生成存储了这些延迟参数的延迟劣化库的延迟劣化库生成步骤；以及根据包含有关上述LSI的各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息，对上述LSI计算各单元的延迟的延迟计算步骤，根据由上述延迟计算步骤计算的各单元的延迟，估计上述LSI的由热载流子的影响造成的可靠性的劣化。
按照本发明的第七方面，在延迟劣化库生成步骤中，存储计算工作了规定次数时的单元的延迟用的延迟参数，而且，根据由单元的工作次数各不相同的多个延迟库构成的延迟库组，对作为对象的LSI各单元，利用作为对象的LSI工作了规定期间后的估计工作次数，求出延迟参数，生成存储了这些延迟参数的延迟劣化库。而且在延迟计算步骤中，根据上述延迟劣化库及电路信息，对上述LSI计算各单元的延迟。该各单元的延迟成为上述LSI工作了上述规定期间后的延迟。因此，能估计切合作为对象的LSI的实际工作的热载流子劣化。
而且，在本发明的第八方面中，上述第七方面的热载流子劣化估计方法中的延迟劣化库生成步骤是对各单元，从上述延迟库组选择与该各单元的估计工作次数接近的工作次数相对应的两个延迟库，根据该两个延迟库中存储的该单元的延迟参数，通过内插，求出工作了上述估计工作次数时的延迟参数。
另外，本发明的第九方面谋求的解决方法如下，即定时验证用单元电平设计的LSI时，作为估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化的热载流子劣化估计方法包括以下步骤根据包含有关作为对象的LSI的各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息、以及存储了计算单元的延迟用的延迟参数的延迟库，对上述LSI的各单元计算延迟、输入端的信号波形斜率、及连接输出端的负载电容的延迟计算步骤；根据由伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的延迟劣化参数，并利用上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数、以及在上述延迟计算步骤中计算的各单元的输入波形斜率及输出负载电容，计算上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的延迟的变化即延迟劣化量的延迟劣化量计算步骤；以及对上述LSI的各单元，通过将在上述延迟计算步骤中计算的延迟和在上述延迟劣化量计算步骤中计算的延迟劣化量相加，算出延迟的劣化后延迟计算步骤，根据在上述劣化后延迟计算步骤中计算的各单元的延迟，估计上述LSI的由热载流子的影响造成的可靠性的劣化。
按照本发明的第九方面，在延迟计算步骤中，对作为对象的LSI的各单元，根据存储了电路信息及延迟参数的延迟库，计算延迟、输入波形斜率及输出负载电容。另外，在延迟劣化量计算步骤中，根据由伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的延迟劣化参数，并利用上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数、以及在上述延迟计算步骤中计算的输入波形斜率及输出负载电容，计算上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的延迟的变化即延迟劣化量。然后，在劣化后延迟计算步骤中，对上述LSI的各单元，通过将在上述延迟计算步骤中计算的延迟和在上述延迟劣化量计算步骤中计算的延迟劣化量相加，计算延迟。该各单元的延迟成为上述LSI工作了上述规定期间后的延迟。因此，能估计切合作为对象的LSI的实际工作的热载流子劣化。
图1是表示与本发明的第一实施例有关的热载流子劣化估计方法的示意图。
图2是表示与图1所示的本发明的第一实施例有关的热载流子劣化估计方法中的延迟计算步骤的示意图。
图3是表示与图1所示的本发明的第一实施例有关的热载流子劣化估计方法中的延迟劣化库生成步骤的示意图。
图4是表示与图1所示的本发明的第一实施例有关的热载流子劣化估计方法中使用的求估计工作次数及重复次数的方法的示意图。
图5是表示与本发明的第二实施例有关的热载流子劣化估计方法的示意图。
图6是说明假通路用的说明图。
图7是表示与本发明的第三实施例有关的热载流子劣化估计方法的示意图。
图8是说明与本发明的第三实施例有关的热载流子劣化估计方法中的延迟劣化库生成步骤用的说明图。
图9是表示与本发明的第四实施例有关的热载流子劣化估计方法的示意图。
图10是表示说明与本发明的第一实施例有关的热载流子劣化估计方法用的成为对象的LSI的例的示意图。
图11是表示与本发明的第五实施例有关的热载流子劣化估计方法的示意图。
以下，参照
本发明的实施例。另外在本发明中，单元是包含基本逻辑单元及宏模块的概念的单元。
(第一实施例)参照图1～图4说明本发明的第一实施例。图1是表示与本发明的第一实施例有关的热载流子劣化估计方法的流程。在图1中，S10是根据存储了计算作为对象的LSI的电路信息11和单元及单元间布线的延迟用的延迟参数的延迟库12，进行上述LSI的延迟计算的延迟计算步骤，S20是生成由上述LSI工作了规定期间后的各单元的延迟参数构成的延迟劣化库19的延迟劣化库生成步骤，S30是控制延迟计算步骤S10及延迟劣化库生成步骤20的反复的反复控制步骤。
延迟计算步骤S10也计算各单元的输入端的输入波形斜率(以下称“输入波形斜率”)13、以及各单元输出端上连接的负载电容(以下称“输出负载电容”)14。输入波形斜率13及输出负载电容14用于延迟劣化库生成步骤S20中。
延迟劣化参数16是用伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的参数。该延迟劣化参数16将输入波形斜率及输出负载电容作为条件。估计工作次数15用于计算单元延迟的变化，是上述LSI工作了规定期间后的各单元的估计工作次数。另外17是延迟计算步骤S10及延迟劣化库生成步骤S20的反复次数，18是由延迟计算步骤S10计算的各单元及各单元间布线的延迟。
电路信息11存储着作为对象的LSI的各单元的特性信息、单元及单元间布线的连接信息、以及单元及单元间布线的电阻值及电容值等的特性信息。这里，在构成LSI的单元带有各自的名称，即使是具有相同功能的单元，也能互相区别。将该名称称为实例。换句话说，实例是将分成每一功能后的单元再进行细分的实例，在一个LSI中功能相同的单元即使有多个，但每个单元的实例不同。在本实施例及以下的实施例中，实例不同的单元作为另一单元使用。
首先在延迟计算步骤S10中，利用电路信息11及延迟库12，计算作为对象的LSI的各单元及及单元间布线的延迟18、各单元的输入波形斜率13及输出负载电容14。其次在延迟劣化库生成步骤S20中，根据延迟库12及延迟劣化参数16，并利用估计工作次数15、输入波形斜率13及输出负载电容14，求上述LSI工作了规定期间后的各单元的延迟参数，生成存储了该延迟参数的延迟劣化库19。该延迟劣化库19是以各单元的输入波形斜率13及输出负载电容14为依据、用延迟参数表示各单元工作了估计工作次数15所示的次数后的延迟的延迟库。
其次，用该延迟劣化库19代替延迟库12，在通过延迟计算步骤S10进行延迟计算，来计算上述LSI工作了上述规定期间劣化后的各单元及各单元间布线的延迟18。
通过反复控制步骤S30，使上述延迟计算步骤S10及延迟劣化库生成步骤S20反复进行反复次数17。通过这样处理，能计算上述LSI在相当于与上述规定期间和反复次数17之积相当的期间工作后的各单元及单元间布线的延迟。
把以图10所示的简易的LSI为对象的情况作为例子，说明本实施例的热载流子劣化估计方法的应用例。在图10中，U1、U2、U3是单元上附带的实例。在电路信息11中存储着各实例U1～U3的特性信息、各实例间布线的连接信息、以及各实例间布线的电阻值及电容值等的特性信息。
延迟库12存储着计算单元的延迟所必要的延迟参数。例如，在将单元的延迟作为输入波形斜率和输出负载电容的函数或表来表示的情况下，将上述函数的系数或上述表的点等作为延迟参数存储，另外，还存储计算单元输出波形用的参数。
在估计工作次数15中记述着各实例U1～U3的对某测试矢量进行开关工作的次数。开关工作次数能用与消耗电力计算中用的触发计算相同的方法求得，例如能通过利用在最初的延迟计算步骤S10中计算的延迟18的逻辑模拟求得。
在延迟劣化参数16中，延迟库12中记述的延迟参数能作为开关工作次数的函数表示，上述函数被表示为函数或表。
这里假定反复次数17为1次。即，延迟计算步骤S10及延迟劣化库生成步骤S20各进行1次，用这时生成的延迟劣化库19代替延迟库12，在进行延迟计算步骤S10，求出在该延迟计算步骤S10中计算的延迟18作为时间推移后的LSI中的延迟。
首先在延迟计算步骤S10中，用电路信息11及延迟库12，对实例U2计算输入端A2上的信号波形的斜率即输入波形斜率13、输出端Y2上连接的负载电容即输出负载电容14、以及工作延迟即延迟18。这时的计算方法是采用以往用的信号波形计算方法或延迟计算方法。
其次在延迟劣化库生成步骤S20中，利用输入波形斜率13及输出负载电容14、记述了各实例U1～U3的开关工作次数的估计工作次数15、以及延迟劣化参数16，生成由各实例UI～U3工作了估计工作次数15中记述的开关工作次数后的延迟参数构成的延迟劣化库19。由于为了进行延迟计算，每个必要的延迟参数可以作为输入波形斜率及输出负载电容的函数或表来表示，所以延迟劣化参数16能对给定的输入波形斜率13及输出负载电容14生成时间推移后的LSI中的延迟劣化库19。
最后，再在延迟计算步骤S10中，用延迟劣化库19代替延迟库12，计算延迟18，将其作为时间推移后的LSI中的延迟。
图2是表示与图1所示的本实施例有关的热载流子劣化估计方法中的延迟计算步骤S10的处理流程图。在图2中，S11是根据电路信息11和延迟库12，生成电路信息11中包含的各单元的输出端上的信号波形(以下称“单元输出波形”)的单元输出波形生成步骤，21是由单元输出波形生成步骤S11生成的单元输出波形，S12是根据电路信息11及单元输出波形21，作为信号在连接于单元输出端上的单元间布线中传递而被输入到下一级单元，生成各单元的输入端上的信号波形(以下称“单元输入波形”)的单元输入波形生成步骤，22是由单元输入波形生成步骤S12生成的单元输入波形，S13是根据单元输出波形21及单元输入波形22，计算单元的延迟的单元延迟计算步骤，S14是根据单元输出波形21及单元输入波形22，计算单元间布线的延迟的布线延迟计算步骤。
在电路信息11中存储着与单元的种类(例如反相单元、缓冲单元等)和连接各单元的单元间布线的连接信息、单元间布线的电阻值及电容值有关的信息。另外在延迟库12中存储着计算各单元的单元延迟所必要的延迟参数。
在单元输出波形生成步骤S11中，对各单元，从电路信息11中取出该单元驱动的单元间布线的电阻值及电容值和被上述单元驱动的被驱动单元的输入端电容，同时从延迟库12中取出上述单元的驱动能力。然后通过利用所取出的这些数据作成电路方程式，用该驱动能力及所驱动的单元间布线的电阻值及电容值表示各单元的输出波形。
在单元输入波形生成步骤S12中，在单元输出波形生成步骤S11中求得的各单元的输出波形在单元间布线中传播，作为输入被上述单元驱动的被驱动单元中的波形，生成被驱动单元的输入端上的波形。这里，利用使在形状简单的布线中退化波形在单元间布线中传播的算法(例如参照JorgeRubinstein等著的“RC树结构网络中的信号延迟(Signal Delay in RCTree Networks)”，IEEE Transaction Computer-Aided Design，Vol.CAD-2.No.3，July 1983)，对各单元间布线求出与输入波形(驱动该单元间布线的单元的输出波形)对应的输出端上的应答(被上述单元驱动的被驱动单元的输入波形)，由此求出各单元的输入波形。另外，对各单元求出输入波形斜率13及输出负载电容14。
其次，在单元延迟计算步骤S13中，根据各单元的输入波形及输出波形，计算延迟时间。另外，在布线延迟计算步骤S14中，根据各单元的输入波形(驱动该单元间布线的单元的输出波形)及输出波形(被上述单元驱动的被驱动单元的输入波形)，计算延迟时间。求出计算的各单元及各单元间布线的延迟时间作为延迟18。
图3是表示与图1所示的本实施例有关的热载流子劣化估计方法中的延迟劣化库生成步骤S20的处理流程图。在图3中，S21是计算各单元工作估计工作次数15中记载的次数所产生的延迟参数的变化量的步骤，23是由步骤S21计算的延迟参数的变化量，S22是将延迟参数的变化量23附加到在延迟计算步骤S10中用的延迟库12中，生成劣化后的延迟库的步骤。
在延迟劣化参数16中，用延迟参数的变化表示与单元工作相伴随的单元延迟的变化，该延迟参数的变化用将输入波形斜率、输出负载电容、工作次数、电源电压及温度作为参数的表或函数来表示。在用表来表示的情况下，用SPICE模拟或在实际制造的LSI中实际测得的值作成表，将表的各点(例如实际测量值及这时的条件)作为延迟劣化参数16进行登录。另外在用函数表示的情况下，利用拟合法对实际测量值计算函数的系数，将求得的系数作为延迟劣化参数16进行登记。
在步骤S21中，通过将输入波形斜率13、输出负载电容14及估计工作次数15中存储的有关各单元的值、以及电源电压及温度代入由延迟劣化参数16表示的表或函数中，计算延迟参数的变化量23。
然后，在步骤S22中，通过将延迟参数的变化量23附加到存储着劣化前的延迟参数的延迟库12中，能生成存储了劣化后的延迟参数的延迟库即延迟劣化库19。
图4是表示与本实施例有关的热载流子劣化估计方法中的确定估计工作次数15及反复次数17的流程图。在图4中，31是估计作为对象的LSI的可靠性的劣化时设定的年数，32是构成作为对象的LSI的各单元对规定的测试矢量的工作次数即测试工作次数，33是从上述测试矢量被输入LSI开始至全单元处理结束为止的处理时间，S41是计算年数31中的各单元的总工作次数的总工作次数计算步骤，34是各单元的总工作次数，35是总工作次数34的分割数，S42是根据分割数35分割总工作次数34的工作次数分割步骤，17是反复次数(＝分割数35)，15是每反复1次的估计工作次数。
在总工作次数计算步骤S41中，根据测试工作次数32及处理时间33，计算连续输入年数31期间的测试矢量时的各单元的总工作次数34。该计算中采用下式。
总工作次数34＝(测试工作次数32/处理时间33)×1年的总时间×年数31其次，说明总工作次数34的分割方法。在计算单元的延迟劣化时，考虑计算每工作1次的劣化的方法和计算每工作数次的劣化的方法。在工作次数分割步骤S42中，根据分割数35将总工作次数34分割成计算延迟劣化用的估计工作次数15和计算延迟劣化的反复次数17。
这时，在需要正确地计算延迟劣化的影响的情况下，将分割数35设定得大，且使反复次数17大，同时将估计工作次数15设定得小，反之，为了提高计算延迟劣化的处理速度，将分割数35设定得小，且使反复次数17小，同时将估计工作次数15设定得大。
利用这样求得的估计工作次数15及反复次数17，能实现与图1所示的本实施例有关的热载流子劣化估计方法。另外分割前的总工作次数34能作为后文所述的第三及第四实施例中的估计工作次数使用。
(第一实施例的变形例)另外，第一实施例中的延迟计算步骤S10也可以考虑单元输入输出端之间的波形传播，即假定作为对象的LSI的输入信号在各单元传播来进行。在这种情况下，延迟计算步骤S10中的单元输出波形生成步骤S11与第一实施例不同。
如图2所示，在本变形例的单元输出波形生成步骤S11中，对各单元从电路信息11中取出该单元驱动的单元间布线的电阻值及电容值和被上述单元驱动的被驱动单元的输入端电容，同时从延迟库12中取出上述单元的驱动电阻。另外，如虚线所示，从单元输入波形22取出上述单元的单元输入波形。然后根据取出的被驱动单元的输入端电容、单元间布线的电阻值及电容值、以及该单元的驱动电阻，并利用等效电容计算法，计算对上述单元应答等效的等效电容(例如参考Jessica Qian等著的“Modeling TheEffective Capacitance for the RC Interconnect of CMOS Gates”，IEEETransaction Computer-Aided Design of Integrated Circuits andSystems，Vol.13，No.12，pp.1526-pp.1535，December，1994)。
利用求得的等效电容和上述单元的输入波形，根据延迟库12中登录的波形传播表(相对于单元输入波形斜率及输出负载电容，使单元输出波形表格化的表)或波形传播函数(用系数拟合法对构成上述表的点求得的函数)，计算上述单元的输出波形。
通过与已经说明过的第一实施例相同地执行单元输出波形生成步骤S11以外的步骤，能实现考虑了单元输入输出端之间的波形传播的热载流子延迟劣化计算方法。
(第二实施例)图5是表示与本发明的第二实施例有关的热载流子劣化估计方法的流程。在图5中，与图1相同的构成部分标以与图1相同的符号。在图5中是在图1所示的结构中增加了假通路检测步骤S31、布线劣化计算步骤S32及单元除去步骤S33。
首先用图6说明假通路。这里给出一个定义。在图6所示的逻辑电路中，对于从一个外部输入端到一个外部输出端的路径来说，当能设定上述一个外部输入端以外的外部输入端，以便将路径前端即上述一个外部输入端的信号变化作为上述一个外部输出端的信号变化直接表示时，就说该路径被静态激活。
为了将路径静态激活，对于路径上的各逻辑元件来说，将不属于该路径的输入设定成不妨碍路径上的信号变化的传播的值即可。在图6中，以用粗线表示的路径C→H→K→L→M为例，对于以H为输出端的AND门电路102，设定D＝1，对于以K为输出端的OR门电路105，设定E＝0，对于以L为输出端的AND门电路106，设定F＝1，对于以M为输出端的OR门电路107，设定I＝J＝0即可。因此，判断这样设定是否可以设定从外部输入。在该例中，路径C→H→K→L→M不能静态激话。这种不能静态激话的路径称为假通路。
之所以称为不能静态激话，是因为至少M的输出经常是相同的值。由于起因于单元工作而产生延迟劣化，所以输出经常是相同的值的单元不产生延迟劣化。因此，位于假通路的终端的单元能从估计延迟劣化的对象中除去。
在图5中，在假通路检测步骤S31中，根据电路信息11检测假通路。然后根据该检测结果在执行延迟劣化库生成步骤S20之前，在单元除去步骤S33中，预先将具有位于假通路的终端的经常不产生信号变化的输出端的单元除去。因此，在延迟劣化库生成步骤S20中，能减少作为对象的单元的个数，能谋求处理的高速化。
另外布线劣化计算步骤S32求出由时间的推移产生的布线电阻和布线电容的变化。在图5中，布线劣化计算步骤S32将具有电路信息11的布线电阻及布线电容作为输入，而输出新的布线电阻及布线电容。这时，单元及单元间的连接关系不变。延迟计算步骤S10根据该新的布线电阻及布线电容和延迟库12，计算输入波形斜率13及输出负载电容14。在反复进行延迟劣化计算时，在延迟劣化库生成步骤S20中，根据输入波形斜率13及输出负载电容14，生成新的延迟劣化库19，用新的延迟劣化库19代替延迟库12后，再次执行延迟计算步骤S10。另一方面，延迟劣化计算结束时，延迟计算步骤S10并行计算延迟18。这样，在布线劣化计算步骤S32中，通过将时间推移的影响反映在表示LSI的初始状态的电路信息11中的单元间布线的特性信息中，能进行精度更高的延迟计算。
(第三实施例)图7是表示与本发明的第三实施例有关的热载流子劣化估计方法的流程。在图7中，40是作为对象的LSI工作了规定期间后的各单元的估计工作次数，41是计算单元工作引起的单元延迟劣化用的延迟库、且由假定的单元工作次数各不相同的多个延迟库构成的延迟库组，S51是根据延迟库组41，用估计工作次数40对各单元求上述LSI工作了规定期间后的延迟参数，生成存储了这些延迟参数的延迟劣化库的延迟劣化库生成步骤，42是由延迟劣化库生成步骤S51生成的延迟劣化库，43是存储了上述LSI的各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息，S52是根据延迟劣化库42及电路信息43计算单元及单元之间布线的延迟时间的延迟时间计算步骤，44是由延迟计算步骤S52计算的单元及单元之间布线的延迟。
根据将规定的测试矢量给予上述LSI后各单元的工作次数，能求得估计工作次数40。例如，可以将第一实施例中的求估计工作次数15及反复次数17的方法(图4)中的总工作次数34作为本实施例的估计工作次数40使用。
延迟库组41是将至少两种以上的工作次数引起的劣化附加在每个单元上的延迟库的集合。例如，准备了工作了1次时的各单元的延迟库、工作了100次时的各单元的延迟库、工作了10000次时的各单元的延迟库。另外在各延迟库中，单元的输入波形斜率及输出负载电容被固定在规定的值。
在延迟劣化库生成步骤S51中，根据延迟库组41，生成估计工作次数40的延迟劣化库42。延迟劣化库42用于存储上述LSI工作了在设定估计工作次数40时假定的上述规定期间后的各单元的延迟参数。
在延迟计算步骤S52中，根据存储了各单元的延迟参数的延迟劣化库42及电路信息43，计算各单元及各单元之间布线的延迟44。根据该延迟44，能估计各单元工作了估计工作次数40中记载的次数后的上述LSI的热载流子劣化。
图8是说明与本实施例有关的延迟劣化库生成步骤S51用的说明图，是表示延迟计算中必要的延迟参数k(1≤k≤n)和工作次数的关系的曲线图。在图8中，纵轴表示各延迟参数，横轴表示工作次数。另外，x是求估计工作次数40中记述各单元的存储在延迟劣化库中的延迟参数用的工作次数，a是延迟库组41中不超过延迟库准备的工作次数中的次数x的最大工作次数，b是延迟库组41中不低于延迟库准备的工作次数中的次数x的最小工作次数，ka是工作次数为a时的延迟参数k的值，kb是工作次数为b时的延迟参数k的值，51是修正曲线，kx是根据修正曲线51求得的工作次数为x时延迟参数k的值。
用图8说明延迟库生成步骤S51。对于各单元从延迟库组41中选择不超过工作次数x的最大工作次数a的延迟库及不低于工作次数x的最小工作次数b的延迟库。然后对于该单元的延迟参数k，利用内插曲线51，根据工作次数为a时的值ka及工作次数为b时的值kb，对工作次数为x时的值kx进行内插。但是，内插曲线51可以采用1次式、2次式等任意的函数。另外，当工作次数x比延迟库组41中延迟库准备的工作次数的最大值大时，或者比最小值小时，使用工作次数中最接近的两个工作次数的延迟库进行内插。
通过对全部延迟参数进行以上这样的工作次数为x的延迟参数的内插，能生成估计工作次数40的延迟劣化库42。
另外，在图8中互相独立地表示出了延迟库中的各延迟参数，但延迟函数是互相相关的，即使用例如n(n是2以上的自然数)次方表的形式来表示，同样，用表示延迟参数的相互依赖性的表的形式，都能生成估计工作次数40的延迟劣化库42。
另外，在延迟计算步骤S52中，通过采用第一实施例中所示的延迟计算法或能使用上述延迟参数进行计算的任意的算法，进行延迟计算。
如上所述，预先对每种工作次数准备多个延迟库时，利用从该延迟库组中选择的延迟库，通过内插求出估计工作次数的延迟参数，能生成延迟劣化库。然后，利用该延迟劣化库进行延迟计算，能估计作为对象的LSI的切合实际工作的延迟劣化。
(第四实施例)图9是表示与本发明的第四实施例有关的热载流子劣化估计方法的流程。在图9中，61是对于作为对象的LSI，存储了各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息，62是存储了完全未劣化的上述LSI的各单元的延迟参数的延迟库，63是上述LSI工作了规定期间后的各单元的估计工作次数，64是存储了由伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化时的延迟参数对变化前的变化量(差分量)的延迟劣化参数，S61是延迟计算步骤，65是表示劣化前的上述LSI中的单元及单元之间布线的延迟时间，66是各单元的输出负载电容，67是各单元的输入波形斜率，68是单元及单元之间布线的延迟劣化量(用与延迟65对应的差分量的形式表示)，S63是根据延迟65和延迟劣化量68计算劣化后的延迟的步骤，S69是由步骤63计算的热载流子劣化后的延迟。在延迟劣化参数64中，单元的输入波形斜率及输出负载电容被固定为规定的值。
在延迟计算步骤S61中根据电路信息61及存储了完全未劣化时的延迟参数的延迟库62，计算完全未劣化时的各单元及各单元之间布线的延迟65、以及各单元的输出负载电容66及输入波形斜率67。利用第一实施例中所示的算法或能使用延迟参数进行计算的任意的延迟计算法，进行该延迟计算。
其次，在延迟劣化量计算步骤S62中，根据各单元的输出负载电容66及输入波形斜率67、以及各单元的估计工作次数63及延迟劣化参数64，计算对应于完全未劣化时的延迟65的差分即延迟劣化量68。
最后，在劣化后延迟计算步骤S63中，通过对完全未劣化时的延迟65和与估计工作次数63对应的延迟劣化量68进行拟合，计算劣化后的延迟69。
如上所述，按照本实施例，不用更新以往使用的存储了完全未劣化时的延迟参数的延迟库，就能求出热载流子劣化后的延迟。即，其特征为将与完全未劣化时的延迟对应的延迟劣化量制成库。
(第五实施例)图11是表示与本发明的第五实施例有关的热载流子劣化估计方法的示意图。在图11中，71是根据作为对象的LSI的设计数据得到的寄生电阻及电容数据，72是延迟计算用的单元库即延迟库，S71是延迟计算步骤，S72是逻辑模拟步骤，S73是延迟劣化库生成步骤。延迟库72与以往用的延迟库相同，预先准备了单元的种类。
在延迟计算步骤S71中，根据寄生电阻及电容数据71和延迟库72，计算单元和布线的延迟。该计算结果被存入延迟计算结果73中。延迟计算中使用的信息是各单元的输入波形斜率和输出负载电容，这两者能根据寄生电阻及电容数据71进行计算。另外，在延迟计算步骤S71的计算过程中，计算各单元的输入波形斜率和输出信号波形，分别被存入输入波形斜率77和输出负载电容78中。
其次在逻辑模拟步骤S72中，根据延迟计算结果73及作为对象的LSI的逻辑网络表75(与寄生电阻及电容数据71对应)，进行逻辑模拟。由于逻辑模拟详细地模拟电路的工作，所以能计算某逻辑电路(这里是逻辑单元)的工作次数。求得的工作次数被存入估计工作次数76中。
其次在延迟劣化库生成步骤S73中，生成作为延迟计算对象的属于逻辑电路的单元的单元库。这时，所根据的数据是估计工作次数76、输入波形斜率77及输出负载电容78。这里，即使是同种类的单元也有区别，即，每个实例都生成单元库。因此，能生成反映暂时延迟计算结果的(每个单元实例的)单元库即延迟劣化库79。
这里，其特征在于在先前的延迟计算步骤S71中进行了以单元的输入波形斜率和输出负载电容为依据的延迟计算，与此不同，在延迟劣化库生成步骤S73中作为依据的数据，又增加了单元的估计工作次数76。这意味着可以将能对应于工作次数使单元的延迟时间变化的例如热载流子效应现象反映在延迟时间中。
然后，利用该延迟劣化库79，再执行延迟计算步骤S71。将计算结果作为本实施例的方法的最后结果并存入延迟计算结果73中。
如果根据该延迟计算结果73，执行逻辑模拟步骤S72，则能进行反映了单元的工作次数的影响的更接近于实际的LSI的工作的定时验证。另外，还可以使延迟劣化库生成步骤S73及延迟计算步骤S71反复进行规定的次数。
如上所述，按照本实施例，在延迟劣化库生成步骤S73中，根据输入的逻辑模拟结果的信息能生成每个实例的延迟劣化库79，所以能进行精度更高的定时验证。
另外，假通路除去步骤S74是根据寄生电阻及电容数据71，对任意的输入信号波形检测输出信号波形不变化的假通路，并根据检测结果修正寄生电阻及电容数据71的步骤，被修正的寄生电阻及电容数据71被送给延迟计算步骤S71。以后的处理与前面的说明相同。
如上所述，按照本发明能切合其实际工作地估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化，因此，能估计LSI随时间的推移所发生的变化。例如在某通路中在随时间的变化而发生了定时错误的情况下，通过将构成该通路的单元换成随时间的劣化少的单元，则能避免由时间的变化引起的定时错误于未然。另外，通过变更与上述通路有关的电路逻辑，以便使构成上述通路的单元的工作次数变少，则能将取决于工作次数的定时随时间的变化抑制得小些。
权利要求
1.一种热载流子劣化估计方法，用于定时验证用单元电平设计的LSI时，估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化，其特征在于包括以下步骤根据包含有关作为对象的LSI的各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息、以及存储了计算单元的延迟用的延迟参数的延迟库，对上述LSI各单元计算延迟、输入端的信号波形斜率、及连接输出端的负载电容的延迟计算步骤；根据由伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的延迟劣化参数、及上述延迟库，并利用上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数、以及在上述延迟计算步骤中计算的各单元的输入波形斜率及输出负载电容，求出上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的延迟参数，生成存储了该延迟参数的延迟劣化库的延迟劣化库生成步骤；反复进行规定次数的上述延迟计算步骤及延迟劣化库生成步骤，在反复进行的第二次以后，利用在前一次进行的延迟劣化库生成步骤中生成的延迟劣化库代替延迟库，进行上述延迟计算步骤及延迟劣化库生成步骤，根据在最后进行的延迟计算步骤中计算的各单元的延迟，估计上述LSI的由热载流子的影响造成的可靠性的劣化。
2.根据权利要求1所述的热载流子劣化估计方法，其特征在于上述延迟计算步骤包括根据上述电路信息及延迟库，对各单元根据该单元的驱动能力和该单元驱动的单元及单元之间的布线特性，生成输出端的信号波形的单元输出波形生成步骤；根据上述电路信息及在上述单元输出波形生成步骤中生成的单元的输出波形，对各单元生成输入端的波形，同时计算输入波形斜率及输出负载电容的单元输入波形生成步骤；根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元的延迟的单元延迟计算步骤；以及根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元之间布线的延迟的布线延迟计算步骤。
3.根据权利要求1所述的热载流子劣化估计方法，其特征在于上述延迟计算步骤是假定上述LSI的输入信号在各单元传递，对各单元计算延迟、输入波形斜率及输出负载电容的步骤。
4.根据权利要求3所述的热载流子劣化估计方法，其特征在于上述延迟计算步骤包括根据上述电路信息及延迟库，对各单元根据该单元的驱动能力和该单元驱动的单元及单元之间的布线特性，生成输出端的信号波形的单元输出波形生成步骤；根据上述电路信息及在上述单元输出波形生成步骤中生成的单元的输出波形，对各单元生成输入端的波形，同时计算输入波形斜率及输出负载电容的单元输入波形生成步骤；根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元的延迟的单元延迟计算步骤；以及根据在上述单元输入波形生成步骤及单元输出波形生成步骤中生成的各单元的输入波形及输出波形，计算各单元之间布线的延迟的布线延迟计算步骤，上述单元输出波形生成步骤是对各单元根据由上述单元输入波形生成步骤生成的该单元的输入波形生成输出波形的步骤。
5.根据权利要求1所述的热载流子劣化估计方法，其特征在于包括下述步骤在作为对象的LSI中，检测静态不能激活的路径的假通路的假通路检测步骤；以及从在上述延迟劣化库生成步骤中求延迟参数的对象中除去位于在上述假通路检测步骤中检测的假通路的终端的单元的单元除去步骤。
6.根据权利要求1所述的热载流子劣化估计方法，其特征在于包括下述步骤估计随时间的推移的劣化、更新上述电路信息中包含的单元间布线的布线电阻及布线电容的布线劣化计算步骤。
7.一种热载流子劣化估计方法，用于定时验证用单元电平设计的LSI时估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化，其特征在于包括以下步骤存储计算工作了规定次数时的单元的延迟用的延迟参数，而且准备由单元的工作次数各不相同的多个延迟库构成的延迟库组，根据上述延迟库组，利用作为对象的LSI工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数，对各单元求出工作了上述估计工作次数时的延迟参数，生成存储了这些延迟参数的延迟劣化库的延迟劣化库生成步骤；以及根据包含有关上述LSI的各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息，对上述LSI计算各单元的延迟的延迟计算步骤，根据由上述延迟计算步骤计算的各单元的延迟，估计上述LSI的由热载流子的影响造成的可靠性的劣化。
8.根据权利要求7所述的热载流子劣化估计方法，其特征在于包括下述步骤上述延迟劣化库生成步骤是对各单元，从上述延迟库组选择与该各单元的估计工作次数接近的工作次数相对应的两个延迟库，根据该两个延迟库中存储的该单元的延迟参数，通过内插，求出工作了上述估计工作次数时的延迟参数的步骤。
9.一种热载流子劣化估计方法，用于定时验证用单元电平设计的LSI时，估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化，其特征在于包括以下步骤根据包含有关作为对象的LSI的各单元的特性信息、单元及单元之间布线的连接信息、以及单元之间布线的电阻值及电容值等的特性信息的电路信息、以及存储了计算单元的延迟用的延迟参数的延迟库，对上述LSI的各单元计算延迟、输入端的信号波形斜率、及连接输出端的负载电容的延迟计算步骤；根据由伴随单元工作次数的延迟参数的变化表示由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的延迟劣化参数，并利用上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的估计工作次数、以及在上述延迟计算步骤中计算的各单元的输入波形斜率及输出负载电容，计算上述LSI工作了上述规定期间后的各单元的延迟的变化即延迟劣化量的延迟劣化量计算步骤；以及对上述LSI的各单元，通过将在上述延迟计算步骤中计算的延迟和在上述延迟劣化量计算步骤中计算的延迟劣化量相加，算出延迟的劣化后延迟计算步骤，根据在上述劣化后延迟计算步骤中计算的各单元的延迟，估计上述LSI的由热载流子的影响造成的可靠性的劣化。
全文摘要
本发明提供一种切合其实际工作地估计由热载流子的影响造成的LSI的可靠性劣化的热载流子劣化估计方法。在延迟计算步骤中,根据电路信息和延迟库计算作为对象的LSI的各单元的延迟、输入波形斜率、及输出负载电容。在延迟劣化库生成步骤中,根据由热载流子的影响造成的单元的延迟变化的延迟劣化参数及延迟库并利用各单元的估计工作次数、输入波形斜率及输出负载电容,生成延迟参数的延迟劣化库。上述步骤反复进行规定反复次数。
文档编号G06F11/00GK1184978SQ97125368
公开日1998年6月17日 申请日期1997年12月10日 优先权日1996年12月11日
发明者岩西信房, 川上善之 申请人:松下电器产业株式会社