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原创 国芯制造 国芯制造2025 年 04 月 12 日 00:02 北京
一、Dummy Layer 的定义与核心作用
在集成电路（IC）版图设计中，除承载电路逻辑功能的核心图形外，工程师会额外添加一类与电路匹配验证（LVS）无直接关联的辅助图形，这类图形统称为dummy layer。其核心价值在于通过优化物理布局，减小芯片制造过程中因工艺偏差导致的性能损耗，是提升集成电路可靠性与一致性的关键设计要素。
芯片制造“隐形助攻”：一次讲清楚 Dummy 的作用（dummy 具体作用可以看这篇文章）
二、Dummy Layer 的三大核心用途及典型应用
（一）保障制造良率：应对工艺均匀性挑战
在芯片流片（Tapeout）阶段，制造端会严格检查各层图形的密度（Density）。若局部区域金属、多晶硅或扩散层密度过低，可能因曝光过度 / 不足引发蚀刻失败。
典型应用：
- 插入 Dummy Metal、Dummy Poly、Dummy Diff 等结构，填充低密度区域，确保化学气相沉积（CVD）、化学机械研磨（CMP）等工艺的均匀性，避免因材料沉积不均导致的线路断裂或短路风险。
（二）提升图形精度：抑制光刻光学效应
光刻过程中，光的反射与衍射会对关键器件的图形精度产生显著影响，进而导致尺寸偏差。
典型应用：
- 在模拟电路的电阻 / 电容阵列外围设置 Dummy Resistor（虚拟电阻）、Dummy Capacitor（虚拟电容），通过对称布局平衡光场分布；
- 在关键 MOS 管周围添加 Dummy MOS 结构，减少邻近效应（Proximity Effect）对沟道尺寸的干扰，确保器件电学参数的一致性。
（三）增强信号稳定性：隔离噪声干扰
芯片内部噪声可能通过电磁耦合影响关键信号，需通过 Dummy 结构构建物理隔离屏障。
典型应用：
- 对易受干扰的信号线，在其上下左右铺设接地的 Dummy Metal/Poly 层，形成电磁屏蔽带，阻断噪声耦合路径；
- 在电容外围设置接地的 Dummy Capacitor，抑制衬底噪声对敏感元件的干扰。
三、多元 Dummy 结构类型解析
（一）材料层相关 Dummy 结构
- Dummy Poly（虚拟多晶硅）
作为多晶硅制程的工艺控制单元，Dummy Poly 通过填充空白区域平衡晶圆内的应力与温度分布，改善掺杂、退火等工艺的均匀性，避免晶体管因局部应力差异导致的阈值电压漂移或载流子迁移率下降。 - Dummy AA（虚拟有源区）
与实际有源区（Active Area）结构类似但不接入电路，用于调节有源区密度，优化光刻胶显影及刻蚀均匀性，尤其在高密度晶体管阵列区域作用显著。另外是 STI CMP 工艺中 AA dummy 的加入避免了 iso area AA line 出现 overpolish。
无论是对于 Dummy Poly 还是 Dummy AA，对如退火工艺是非常重要的，因为不同 density 下的位置吸热能力是不一样的，这样对退火过程中温度的监测是非常不友好，时不时就会触发 parameter OOS，从而机台报 alarm, 增加工艺工程师的工作量。
（二）器件级 Dummy 结构
- Dummy Gate（虚拟栅极）
在晶体管密集区域引入非功能性栅极结构，平衡不同器件间的应力分布，减少因工艺波动导致的栅长偏差，提升晶体管阵列的阈值电压一致性。dummy gate 就是加了器件（MOS 管），dummy poly 就是只加了 poly 图形。 - Dummy Well（虚拟阱区）
在 CMOS 设计中，通过在 PMOS/NMOS 阱区外围添加 Dummy Well，均衡衬底内的掺杂浓度梯度，抑制阱区边缘效应引起的漏电流异常。
（三）互连层 Dummy 结构
- Dummy Fill（虚拟填充）
针对金属层空白区域的通用填充结构，通过规则化布局均匀化 CMP 工艺的研磨速率，避免因金属厚度差异导致的电阻 / 电容参数偏差，同时满足密度 DRC（设计规则检查）要求。 - Dummy Via（虚拟通孔）
在金属层间添加非功能性通孔，均衡电流密度分布，防止局部过热（Hot Spot）及电迁移（Electromigration）失效，提升互连结构的可靠性。
（四）特殊区域 Dummy 结构
Dummy Corner（虚拟角落）
针对芯片边角区域的几何突变问题，通过添加专用 Dummy 结构优化刻蚀均匀性，避免因边缘效应导致的图形失真或材料残留。
四、Dummy Metal 的深度应用：从密度控制到噪声隔离
（一）核心作用：破解密度 DRC 与性能一致性难题
金属层密度直接影响 CMP 速率：高密度区域金属厚度减薄，导致方阻增大、寄生电容减小；低密度区域则可能因研磨过度引发线路断裂。Dummy Metal 通过“填低补高”双策略：
- 高密度区 通过合理布线减少冗余金属，避免电阻异常；
- 低密度区 插入 Dummy Metal 提升密度，确保工艺均匀性。
（二）关键分类：浮动型与接地型的选择逻辑
- Floating Dummy（浮动虚拟金属）
应用场景 ：仅用于满足密度 DRC 要求，不与任何电势连接。适用于对噪声不敏感的非关键区域，如逻辑电路的空白区填充。
优势：避免引入额外寄生电容，最小化对电路性能的影响。 - Grounded Dummy（接地虚拟金属）
应用场景 ：需同时实现噪声隔离的关键区域，如模拟电路信号线周围、敏感电容外围。
优势：通过接地形成低阻抗噪声泄放路径，有效抑制电磁干扰，提升信号完整性。
（三）设计要点
- 优先在非关键层（如高层金属）使用 Grounded Dummy，减少对底层器件的寄生影响；
- 避免 Dummy Metal 与高频信号线平行长距离布局，防止耦合噪声反向注入。
结语
Dummy 结构虽不直接参与电路功能实现，却在制造可行性、器件精度及信号完整性等维度发挥着不可或缺的作用。从材料层到互连层，从单一结构到系统级布局，其设计需紧密结合工艺特性与电路需求，通过精细化的密度控制、噪声隔离与应力均衡，最终实现芯片性能与良率的双重优化。这一“隐形”设计要素的价值，正随着制程微缩与系统集成度提升而愈发凸显，成为现代 IC 设计中不容忽视的核心技术环节。
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