集成電路工藝原理與實踐課程體系改革與探索

商世廣 趙萍 鞏稼民 邢立冬

[摘 要]根據(jù)現(xiàn)有的教學平臺、微電子技術人才的培養(yǎng)要求，整合優(yōu)勢資源，構建集半導體工藝原理、器件模擬與仿真和半導體工藝實踐為一體的集成電路工藝原理與實踐課程體系。在不斷整合、修正和完善課程體系教學內(nèi)容、制定合理規(guī)范考核機制的基礎上，有效地提升任課教師的理論、實踐教學能力，為培養(yǎng)具有提出問題、分析問題和解決問題能力及創(chuàng)新思維的微電子技術專業(yè)人才打下堅實的基礎。

[關鍵詞]工藝原理 器件模擬與仿真 微電子技術

[中圖分類號] G420[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）11-0112-03

0引言

西安郵電大學微電子科學與工程專業(yè)源于原計算機系的微電子學專業(yè)，2005年開始招收第一屆本科生，專業(yè)方向設置偏向于集成電路設計。2013年，根據(jù)教育部《普通高等學校本科專業(yè)目錄（2012年）》的專業(yè)設置，將微電子學專業(yè)更名為微電子科學與工程專業(yè)。2009年至今，該專業(yè)累計培養(yǎng)本科畢業(yè)生6屆。根據(jù)歷年應屆畢業(yè)生就業(yè)情況和研究生報考方向，我們發(fā)現(xiàn)半導體工藝方向人數(shù)比重呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。另外，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中西部地區(qū)半導體行業(yè)的投資力度也越來越大，例如韓國三星電子有限公司、西安愛立信分公司等落戶西安，半導體人才需求日益增加。

根據(jù)2014年，微電子科學與工程專業(yè)新一輪培養(yǎng)方案的定位，設置出半導體工藝、集成電路設計兩大課程體系，可實現(xiàn)半導體工藝、集成電路設計和集成電路應用人才的個性化培養(yǎng)。半導體工藝課程體系除設置固體物理、半導體物理學、半導體器件物理等專業(yè)基礎課程外，還包含集成電路工藝原理、器件模擬與仿真、集成電路制造與測試和半導體工藝實習等專業(yè)課程。本課程體系是微電子技術領域人才培養(yǎng)的核心，旨在培養(yǎng)學生掌握集成電路制造的工藝原理、工藝流程以及實踐操作的能力，同時也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質應用型人才的關鍵。

因此，整合集成電路工藝原理與實踐課程體系的教學內(nèi)容，充分利用微電子技術實驗教學中心現(xiàn)有的硬件環(huán)境和優(yōu)勢資源，加強軟件設施，例如實踐教學具體組織實施方案及考核機制的建設，構建內(nèi)容健全、結構合理的集成電路工藝原理與實踐課程體系，對微電子科學與工程專業(yè)及相關專業(yè)的人才，尤其是半導體工藝人才培養(yǎng)的落實和發(fā)展具有重要意義。

一、面臨的主要問題和解決措施

（一）教學面臨的主要問題

課程體系是高等學校人才培養(yǎng)的主要載體，是教育思想和教育觀念付諸實踐的橋梁。集成電路工藝原理與實踐課程體系注重理論教學與實踐教學的緊密結合，不僅讓學生充分了解、掌握集成電路制造的基本原理和工藝技術，而且逐步加強學生半導體技術生產(chǎn)實踐能力的培養(yǎng)。然而，該課程體系相關實踐環(huán)境建設與運行維護耗費巨大，致使大多數(shù)高等院校在該課程體系的教學上僅局限于課堂教學，無法做到理論與實踐相結合。

為解決這一問題，學校經(jīng)過多方調研考察、洽談協(xié)商，與北京微電子技術研究所進行校企合作，建立了半導體工藝聯(lián)合實驗室。通過中省共建項目和其他項目對半導體工藝聯(lián)合實驗室進一步建設、完善，為微電子科學與工程專業(yè)及相關專業(yè)本科生提供了良好的工藝實踐平臺。然而，在實際教學過程中，專業(yè)課程內(nèi)容不能模塊化、系統(tǒng)化，理論教學與實踐教學嚴重脫鉤，工程型師資人員匱乏，教學效果不理想。因此，對集成電路工藝原理與實踐課程體系進行深化改革與探索，可謂任重而道遠。

（二）主要的解決措施

1.課程體系整合優(yōu)化

集成電路工藝原理與實踐課程體系服務于半導體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對人才培養(yǎng)的需要。本課程體系以集成電路工藝原理、器件模擬與仿真和工藝實踐為主線，將集成電路工藝原理、半導體器件模擬與仿真、集成電路封裝與測試、新型材料器件課程設計和半導體工藝實習等課程內(nèi)容進行整合，明確每門課程、知識的相互關系、地位和作用，找到課程內(nèi)容的銜接點，讓每一門課程都發(fā)揮承上啟下的作用，保證半導體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和基本質量要求。在此基礎上，設置半導體材料、半導體功率器件、納米電子材料與器件等專業(yè)選修課，培養(yǎng)學生的興趣、愛好和特長，以滿足個性化培養(yǎng)需要。

為解決微電子科學與工程專業(yè)本科生實踐形式單一、綜合程度不高導致解決實際問題的應用能力不足等現(xiàn)象，集成電路工藝原理與實踐課程體系在力求理論教學與實踐教學有機融合的基礎上，設置微電子學基礎實驗、半導體器件模擬仿真、半導體工藝實習以及新型材料器件課程設計等實踐課程，形成由簡單到綜合、由綜合到創(chuàng)新的遞階實踐教學層次。通過獨立設課實驗、課程設計、科研訓練、生產(chǎn)實習、社會實踐、科技活動和畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)達到預期的效果。同時，注重課程形式的綜合化、科研化，提高綜合性、設計性實驗比例，使實踐課程與理論課程并行推進，貫穿整個人才培養(yǎng)過程。

2.考核體系的完善

考核體系總體上包括理論課程考核體系和實踐課程考核體系。目前，理論考核體系已基本成熟。然而，長期以來，我國教育領域由于實踐教學成本高、經(jīng)費得不到保障，所以考核主體對實踐環(huán)節(jié)考核的積極性不高、重視程度不夠，導致考核制度不完善。集成電路工藝原理與實踐課程體系在不斷完善理論教學考核體系的同時，尤其注重實踐教學體系的改革。將教學實驗項目的實驗過程、工藝參數(shù)和器件性能等列為考核的過程。兼顧定性與定量相結合、過程與結果相結合、課內(nèi)與課外相結合、考核與考評相結合的原則，不斷完善實踐教學的考核體系，形成以學生為中心的適應學生能力培養(yǎng)和鼓勵探索的多元實踐教學考核體系。該體系能全面、準確地反映學生的應用能力和實際技能，激發(fā)學生的學習動力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神，促進人才培養(yǎng)質量和水平的提高。

3.教學團隊構建

根據(jù)集成電路工藝原理與實踐課程體系對高素質應用型人才培養(yǎng)的需要，本教學團隊秉承“以老帶新”的傳統(tǒng)，為青年教師配備老教授或資深教授作為指導教師。在日常教學過程中，由老教師對年輕教師進行業(yè)務指導，負責教學質量的監(jiān)控與授課經(jīng)驗的傳授。在老教師的“傳、幫、帶”和示范表率作用下，青年教師間互相聽課、交流教學心得，定期組織教學競賽，體現(xiàn)以人為本，強調德才兼?zhèn)?，營造青年教師良好的教與學氛圍。同時，課程體系團隊積極為任課教師創(chuàng)造條件，加大隊伍培養(yǎng)建設，鼓勵教師走出去，了解企業(yè)的運作模式，提高自身的業(yè)務能力。目前，已有多位教師到企業(yè)參觀交流、參加各種業(yè)務能力培訓，取得了多種職業(yè)資格認證，教師的業(yè)務能力和水平得到大幅提升。

西安郵電大學經(jīng)過多年建設和培養(yǎng)，形成了一支結構合理、師資雄厚的教學團隊，具有高學歷化、年輕化和工程化的特點。本課程體系現(xiàn)擁有任課教師15名，其中具有博士學位的教師7名，副高以上職稱的教師8名，40歲以下的教師占課程組教師總數(shù)的60%，具有工程實踐經(jīng)驗的教師占課程組教師總數(shù)的40%。

4.實驗環(huán)境的優(yōu)化

實驗環(huán)境是實踐教學和科學研究的關鍵性場所。根據(jù)微電子科學與工程專業(yè)半導體工藝、集成電路兩大課程體系對人才培養(yǎng)的需要，微電子技術實驗教學中心下設微電子學實驗教學部和集成電路實驗教學部，共計占地約1300平方米。微電子學實驗教學部下設微電子學基礎實驗室、半導體工藝仿真實驗室、半導體工藝實驗室、微 / 納材料器件實驗室、材料器件分析實驗室。微電子學基礎實驗室，擁有霍爾效應、高頻晶體管測試儀、四探針測試儀等常規(guī)設備，可實現(xiàn)微電子學專業(yè)基礎實驗。半導體工藝仿真實驗室，配置Silvaco、ISE和EDA等專業(yè)仿真軟件，可實現(xiàn)半導體器件工藝參數(shù)和性能的仿真。半導體工藝實驗室擁有雙管氧化擴散爐、光刻機、LP-CVD、離子束刻蝕機、磁控濺射臺、高溫快速退火和激光劃片等設備，可實現(xiàn)半導體工藝生產(chǎn)。微 / 納材料器件實驗室設計專業(yè)，配備排風、有害氣體報警系統(tǒng)，擁有氣氛熱處理程控高溫爐、納米球磨機、高壓反應釜等設備，可實現(xiàn)多種納米材料器件的制備。材料器件分析實驗室，擁有吉時利4200-SCS半導體特性分析系統(tǒng)、太陽能模擬器和化學工作站等設備，可完成新型材料器件的測試分析。

通過實踐教學資源配置、環(huán)境優(yōu)化，實現(xiàn)了實驗教學中心的整體規(guī)劃和布局;針對大型貴重精密設備配備專業(yè)操作人員，進行定期的維護和保養(yǎng);制定大型設備的操作流程和規(guī)范，保證實踐教學的順利實施。實驗平臺的建設，將為相關專業(yè)的本科生、研究生和教師在實踐教學、科研方面搭建一個良好的學術平臺。

二、改革的特色和預期成果

（一）改革的特色

1.校內(nèi)實驗平臺的優(yōu)化

集成電路工藝原理與實踐課程體系的構建，使專業(yè)培養(yǎng)方向定位更加明確、教學內(nèi)容更加明了。尤其是在教學形式上，從教學內(nèi)容整合、考核體系制定、教學團隊形成和實驗環(huán)境優(yōu)化等進行了多方位、多角度的改革探索。圍繞集成電路工藝原理、半導體器件模擬與仿真和半導體工藝生產(chǎn)實踐教學內(nèi)容為主線，保證半導體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和基本質量要求;利用選修課實現(xiàn)學生專業(yè)個性化培養(yǎng)。通過合理設置理論課程與實踐課程比例、課內(nèi)課程與課外課程比例，可有效地控制教學內(nèi)容的穩(wěn)定性、機動性，推進課程內(nèi)容的重組與融合。同時，引領學生獨立思考、主動探索，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和提高學生解決實際問題的能力。

2.校企合作實驗平臺的構建

在校內(nèi)實踐教學的基礎上，微電子技術實驗教學中心先后與西安芯派電子科技有限公司、西安西谷微電子有限責任公司等微電子器件及測試公司建立了良好的交流合作關系。這些關系的建立，可使微電子科學與工程專業(yè)的學生在校外公司，例如在西安芯派電子科技有限公司進行半導體器件再流焊工藝的實習。校內(nèi)外互補的工藝實踐體系構件，使學生不僅掌握集成電路工藝實踐基本知識和原理，更能夠掌握實際行業(yè)內(nèi)集成電路工藝中需要考慮的系列問題，從而培養(yǎng)了工程的思維方式。

（二）改革的預期成果

1.達到理論與實踐教學的有機融合

理論學習是知識傳遞過程，實踐則是知識吸收過程。實踐環(huán)節(jié)教學能鞏固、加深學生對課堂上所學知識的理解，培養(yǎng)學生的實踐技能。集成電路工藝原理與實踐課程體系，將課程體系教學內(nèi)容按層次分為半導體工藝原理、器件模擬與仿真和半導體工藝實踐三個主要部分。通過半導體工藝原理的學習，掌握材料器件的基本參數(shù)、性能和制備方法;通過器件模擬與仿真，了解各種制備方法、工藝參數(shù)和器件性能之間的關系;通過半導體工藝實踐，充分調動學生的學習積極性、主動性和創(chuàng)造性，從而有效地加深對理論知識的理解，鍛煉實際動手能力。通過理論和實踐的有機融合，可有效培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

2.實現(xiàn)教學的開放性

集成電路工藝原理與實踐課程體系，在理論教學方面，打破傳統(tǒng)課堂教學的局限性，充分利用現(xiàn)代多媒體技術，實現(xiàn)網(wǎng)絡教學。通過網(wǎng)絡教學系統(tǒng)，開展互動學習的教學模式。將傳統(tǒng)教學活動如批改作業(yè)、討論答疑和查閱資料等傳到網(wǎng)絡教學系統(tǒng)上;開發(fā)試題庫，建設合理的測試系統(tǒng)。在實踐教學方面，將部分實踐教學環(huán)節(jié)以錄像的形式上傳到網(wǎng)站上供學生學習、參考，部分實驗室實行全天候的開放，學生自主學習、管理。通過興趣小組、創(chuàng)新項目和開放性實驗等多種方式，形成團隊教師定期指導、高年級學生指導低年級學生的滾動機制，激發(fā)學生潛在的學習能力、創(chuàng)新意識，提高學生的學習興趣和實踐動手能力，為我校培養(yǎng)微電子技術領域高素質應用型人才奠定基礎。

三、結語

根據(jù)西安郵電大學2014年微電子科學與工程專業(yè)新一輪培養(yǎng)方案的定位及社會發(fā)展對半導體人才培養(yǎng)的客觀要求，本文提出集成電路工藝原理與實踐課程體系改革。本課程體系以半導體工藝原理、器件模擬與仿真和半導體工藝實踐為主線，對教學內(nèi)容進行整合、修訂和完善，保證半導體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和質量要求。根據(jù)現(xiàn)有實驗環(huán)境、實驗設備和優(yōu)勢資源，進行資源優(yōu)化配置，完成微電子技術實驗教學中心的整體規(guī)劃布局。通過師資隊伍的建設、切實可行的實踐教學管理制度的制定，明確任課教師的職責，出臺實踐教學質量考核標準，加強實踐教學環(huán)節(jié)的時效性。通過上述諸要素的相互協(xié)調、配合，實現(xiàn)集成電路工藝原理與實踐課程體系“非加和性”的整體效應，促進微電子技術領域應用型人才培養(yǎng)質量和水平的提高。

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[責任編輯：覃侶冰]