一、芯片制造流程简介

1.1 硅片制备

• 原料提纯：从石英砂中提取高纯度硅，制成单晶硅棒并切割为晶圆片。
• 晶圆清洗：去除表面杂质，确保后续工艺的洁净度。

1.2 薄膜沉积

• 氧化层 / 介质层沉积：通过热氧化或化学气相沉积（CVD）在晶圆表面生成二氧化硅（SiO₂）等绝缘层。
• 金属层沉积：采用物理气相沉积（PVD）或电镀法形成铜、铝等金属互连层。

1.3 光刻工艺

• 光刻胶涂覆 ：在晶圆表面旋涂光敏材料（ 光刻胶）。
• 曝光与显影：通过掩膜版将电路图案投影到光刻胶上，显影后形成保护层。

1.4 刻蚀与掺杂

• 干法 / 湿法刻蚀：利用等离子体或化学试剂去除未被光刻胶保护的薄膜，形成电路结构。
• 离子注入：向特定区域掺入磷、硼等杂质，形成 N 型或 P 型半导体。

1.5 化学机械平坦化（CMP）

• 作用阶段：在每层金属或介质层沉积后，通过 CMP 去除表面多余材料（如铜、氧化硅），实现全局平坦化。
• 工艺目标：消除台阶效应，为下一层光刻提供平整基底，避免电路短路或信号干扰。
• CMP 主要应用于以下关键节点：
  1. 金属互连层平坦化
     • 在铜或钨金属沉积后，通过 CMP 去除多余金属，仅保留沟槽内的布线结构，防止短路。
  2. 层间介质（ILD）平坦化
     • 氧化硅等绝缘层沉积后，CMP 消除表面起伏，确保光刻精度。
  3. 多晶硅层处理
     • 用于栅极结构平坦化，提升晶体管性能一致性。

1.6 多层互连重复

• 上述步骤（薄膜沉积→光刻→刻蚀→掺杂→CMP）循环进行，构建多层金属互连结构（通常 6 层以上）。

1.7 封装与测试

• 切割晶圆：将晶圆分割为单个芯片。
• 封装：通过引线键合、塑封等工艺保护芯片并连接外部引脚。
• 功能测试：验证芯片性能与可靠性。

二、Dummy 的作用

2.1 什么是 dummy

在芯片的空白区域（距离芯片设计图形 main pattern 大于 1um 左右开外），填充一些规整的矩形图形，不承担实际的任何芯片电路功能。虽不参与实际的功能运转，却对芯片这座假想的城市布局的稳定性至关重要。它由和芯片相同的材料构成，安静地 “待” 在芯片未被利用的空间里，不介入任何电路或逻辑运作。

为什么要加 dummy 呢？

芯片设计中，通常会出现 不均匀布局，这会导致芯片表面局部密度出现显著差异 。此外，为了提高良率， 在存储器或处理器中引入的冗余单元 (Redundancy Cells) 呈集中分布，这将进一步加剧芯片表面密度的波动。

在 CMP（化学机械平坦化）工艺过程中，需要做一些机械摩擦去除表面粗糙部位，对于表面材料分布不均匀的芯片，其不同区域因材料密度 (如金属、氧化物等) 的差异会导致抛光速率的不一致。低密度区域可能因过度抛光而出现凹陷(dishing)，高密度区域可能因支撑不足而产生侵蚀(erosion)。这种抛光不均匀性会直接影响多层互连结构的平面度，进而引发短路或断路的问题。此外，金属线的侵蚀也会导致较为严重的 IR-Drop 以及信号线上的延迟。

为避免在图形平坦化过程中出现侵蚀和凹陷现象，需确保芯片整体密度的均匀性与一致性。通常的做法是在版图布线完成后，在标准单元间隙插入填充单元(如图 2 所示)，填充单元是定义在标准单元库中且与电路逻辑无关的填充结构，即 Dummy。

dummy 常放在：

• 边缘区域：在晶圆的边缘，由于工艺限制和机械应力的影响，这里往往不是最佳的功能电路布局区域。放置 dummy 结构可以减少这些区域对内部有效电路的影响，并有助于均匀化蚀刻等工艺步骤。

• 切割道（scribe line, or street）：划分各个芯片（die）的隐形边界，就像地图上的经纬线，为晶圆划片（dicing）提供精确引导，确保每个 die 被精准切割。

• 器件周围：为了提高制造工艺的一致性，特别是在晶体管或其他关键器件周围放置 dummy 图案。这有助于确保在进行化学机械抛光(CMP)、蚀刻等制程时，能有更均匀的结果，从而减少局部不规则性带来的影响。

• 空旷区域：如果某个区域没有功能性电路元件，可能会在这个区域内添加 dummy 结构。这样做不仅有助于平衡整个芯片表面的密度，还能帮助维持工艺步骤中如沉积、蚀刻等过程的稳定性。

• 特定功能区：在某些情况下，dummy 结构可能被用于特定的技术目的，例如改善电磁特性、热管理或者作为测试结构的一部分。

2.2 dummy 的作用

• 加固芯片 “防线”：Dummy 填充芯片空白区域，优化物理结构，增强晶圆边缘强度，有效减少划片和封装时芯片受损的可能，就像给脆弱的芯片边缘穿上了一层 “防护铠甲”。

• 工艺的 “稳定器”：晶圆边缘与中心区域电路密度不同，容易导致工艺不均匀。Dummy 通过模拟中心区域的电路布局，使整个晶圆的工艺保持均匀一致，确保每一处芯片制造工艺都 “整齐划一”。

• 制造过程的 “护航者”：光刻环节中，光线的反射与衍射容易引发曝光问题，导致蚀刻失败，影响关键元器件精度和尺寸。Dummy 能有效规避这些风险，保障制造顺利进行，让芯片制造的每一步都精准无误。

• 应力与翘曲的 “调节师”：芯片制造工艺易引发晶圆应力不均和翘曲，影响性能。Dummy 能够平衡应力分布，让晶圆保持平整，确保芯片性能稳定可靠。

• 信号的 “守护者”：在关键信号周围布置 Dummy 结构，能够有效阻挡杂波干扰，保证信号稳定传输，让芯片内部的 “信息高速公路” 畅通无阻。

• 性能测试的 “小助手”：芯片设计完成后，Dummy 可以协助测试功耗、速度、温度等性能指标，帮助工程师全方位了解芯片性能，为后续优化提供依据。