在半导体芯片制造领域,切割道(scribe line 或 street)是划分晶圆上各个芯片(die)的 “隐形边界”。它就像精密地图上的经纬线,为晶圆划片(dicing)提供精确引导,确保每个芯片被精准切割,是芯片从晶圆走向独立个体的关键 “导航线”。而在这一过程中,Dummy,这个看似不起眼的存在,却有着举足轻重的地位。
一、Dummy究竟是什么?
在切割道中,常常会添加一些 dummy patterns(或称为 dummy structures),我们简称为 Dummy 。它是一种没有实际功能的半导体元件或结构。可以把芯片想象成一座城市,Dummy 就如同城市中那些为了整体规划而存在的 “填充区域”,虽不参与实际的功能运转,却对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。
二、Dummy多重关键作用
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。
要让 Dummy 充分发挥作用,设计和制造必须与芯片布局紧密结合,根据制造和测试需求合理安排数量与位置,以此提升芯片制造的效率与质量。
三、缺失Dummy的后果
芯片 “受伤” 风险大增:划片时,没有 Dummy 的结构支撑,芯片边缘极易受损,降低成品率,影响生产效益。
工艺 “失衡”:晶圆边缘和中心工艺特性因缺少 Dummy 而产生差异,破坏工艺均匀性,降低芯片质量稳定性。
晶圆 “变形”:缺少 Dummy 会使晶圆出现翘曲和应力不均,不仅影响芯片性能,还会缩短使用寿命,降低可靠性。
四、Dummy 的多样应用
在半导体制造中,Dummy 有多种应用形式。它可以是集成电路里的填充物,默默维持芯片稳定;也能构成全 Dummy 芯片,用于特殊测试场景;还有经过特殊处理的 Dummy Wafer(Test Wafer),在实际生产前评估生产线设备和条件,为正式生产筑牢根基。
尽管 Dummy 不直接参与芯片功能实现,但它贯穿芯片制造全程,从保障制造质量到提升性能可靠性,都发挥着无可替代的作用,是半导体芯片制造领域名副其实的“隐形助攻”。
干货扩充:聊聊设计中 dummy 的作用,如 MOS 管里的 dummy
在 MOS 管的设计进程中,dummy MOS 管是一类常见的虚拟元件。它主要用于均衡电路不同部位的电流与电压,以此提升电路的整体性能。具体而言,dummy MOS 管能够平衡电路各部分的电压偏置,还具备抑制漏电流等作用。
Dummy MOS 管的剖析可从这些角度展开:
电路均衡:在部分 MOS 管电路里,因为工艺波动、电路结构并非完全对称等因素,不同部分的电流、电压可能出现偏差。而增设 dummy MOS 管,便能达成电路的平衡状态,让电流与电压在各部分均匀分配,增强性能的稳定性。
抑制漏电流:在某些特定电路中,漏电流会对电路整体性能产生不良影响。通过添加 dummy MOS 管,能够有效抑制漏电流,让电路工作更加稳定可靠。
优化面积使用:在集成电路设计时,为充分利用芯片面积,需要在电路中增加一些不直接参与电路功能实现的元件。此时,dummy MOS 管可充当占位元件,辅助优化芯片面积的利用。
总的来讲,dummy 在电路设计中意义重大。通过合理运用 dummy MOS 管这类虚拟元件,能够优化电路性能,使其更加稳定,进而提高整体性能与可靠性 。