集成電路工藝課程立體化教學(xué)的探索與實(shí)踐

鄧洪海 馬青蘭 黃靜

摘 要：集成電路工藝是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生重要的專業(yè)課程，針對(duì)課程特點(diǎn)，結(jié)合理論授課、TCAD工藝模擬、工藝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面，對(duì)構(gòu)建集成電路工藝的多模式立體化教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：集成電路工藝；立體化教學(xué)；探索與實(shí)踐

微電子技術(shù)是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，是伴隨著集成電路（IC）發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全有著舉足輕重的戰(zhàn)略作用。集成電路工藝作為電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課程，其任務(wù)是使學(xué)生掌握集成電路的主要工藝技術(shù)及相關(guān)原理，培養(yǎng)其自主解決工藝問(wèn)題的能力。課程具有實(shí)踐性強(qiáng)、理論與實(shí)踐密切結(jié)合的特點(diǎn)，目前的教學(xué)存在強(qiáng)調(diào)理論、忽視實(shí)踐的問(wèn)題，學(xué)生害怕硬件，缺乏動(dòng)手能力，不能扎實(shí)系統(tǒng)地掌握課程知識(shí)。本文對(duì)集成電路工藝的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了探討，搭建了“理論—模擬—實(shí)踐”的立體化教學(xué)平臺(tái)，為大學(xué)教學(xué)改革提供參考。

一、目前課程存在的問(wèn)題

1.教學(xué)模式的限制

在課程教學(xué)中，教學(xué)模式主要以理論授課為主，但是高等院校對(duì)微電子及集成電路專業(yè)的人才培養(yǎng)方式越來(lái)越強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)板書(shū)和多媒體PPT演示的教學(xué)方法已經(jīng)無(wú)法滿足與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)的結(jié)合。

2.教學(xué)資源的缺乏

要培養(yǎng)學(xué)生具備較好的動(dòng)手能力及基本的科研素質(zhì)，在集成電路工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須使用各種工藝設(shè)備，如擴(kuò)散爐、退火爐、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等，這些設(shè)備儀器價(jià)格昂貴，購(gòu)置和維護(hù)這些設(shè)備的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了學(xué)校的承受能力，導(dǎo)致其中部分實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)設(shè)，降低了教學(xué)效果。

3.課程設(shè)置僵化

目前集成電路工藝的課程設(shè)置一般是采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合、理論教學(xué)和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合的形式，或者單獨(dú)進(jìn)行相關(guān)的課程設(shè)計(jì)，整個(gè)知識(shí)面不夠系統(tǒng)，并且考核形式比較單一，不利于學(xué)生集成電路工藝設(shè)計(jì)和分析能力的提高。

二、立體化教學(xué)在課程中的實(shí)踐

1.理論教學(xué)設(shè)計(jì)

集成電路工藝的基礎(chǔ)知識(shí)所涉及的面較廣，理論性較強(qiáng)，要求學(xué)生能夠扎實(shí)掌握半導(dǎo)體原理和器件的相關(guān)知識(shí)，能夠從前期的課程基礎(chǔ)上解釋工藝中出現(xiàn)的問(wèn)題，如外延層構(gòu)造及缺陷與器件性能間的聯(lián)系、擴(kuò)散參數(shù)與摻雜離子分布的聯(lián)系等。所以，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上突出交叉課程的相關(guān)性，將半導(dǎo)體原理和器件的內(nèi)容融入工藝的教學(xué)內(nèi)容中，有利于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生對(duì)課程體系的整體掌握。

2.模擬仿真設(shè)計(jì)

TCAD（Technology CAD） 即工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)在集成電路工藝中有著舉足輕重的作用，廣泛運(yùn)用于工藝優(yōu)化、控制以及設(shè)計(jì)優(yōu)化中，不但可以通過(guò)模擬芯片制備的整個(gè)工藝流程節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，在實(shí)驗(yàn)前后以及進(jìn)行過(guò)程中，可以隨時(shí)觀察各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行直觀分析，從而使學(xué)生得到及時(shí)全面的認(rèn)知，改善教學(xué)效果。對(duì)理論教學(xué)中的案例進(jìn)行驗(yàn)證性和探究性模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度?；谀贤ù髮W(xué)的SILVACO—TCAD的教學(xué)軟件，同樣以熱擴(kuò)散工藝為例，如下圖所示，擴(kuò)散深度隨著擴(kuò)散時(shí)間的增加而增加，可見(jiàn)在模擬實(shí)驗(yàn)中可以便捷地修改各項(xiàng)參數(shù)，靈活設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)的重要組成部分必須與理論教學(xué)相輔相成， 必須能有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論的理解，又要能在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用相關(guān)理論，為學(xué)生獲得新的理論知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。目前集成電路工藝課程存在實(shí)驗(yàn)儀器貴重、精密、量少與實(shí)驗(yàn)人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短的供需矛盾，因此對(duì)于現(xiàn)有的設(shè)備一定要對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，從全面實(shí)驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，注重高效率、快速、經(jīng)濟(jì)。

綜上所述，在集成電路工藝課程中，建立理論授課—TCAD工藝模擬—工藝實(shí)驗(yàn)密切結(jié)合的立體化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不但能豐富課程的教學(xué)內(nèi)容，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能使學(xué)生更為扎實(shí)地掌握集成電路制備的整個(gè)流程和設(shè)計(jì)方式，增強(qiáng)動(dòng)手能力，提升教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

戚玉婕.TCAD在“半導(dǎo)體工藝”課程中應(yīng)用的教學(xué)探討[J].揚(yáng)州：揚(yáng)州教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，31（3）：85-87.

基金項(xiàng)目：南通大學(xué)教學(xué)改革課題2014B42、2014B44、2014B43；南通大學(xué)課程資源建設(shè)項(xiàng)目JP14022；江蘇省高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目。

編輯 薄躍華