獨(dú)立學(xué)院“集成電路工藝基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

文毅　胡云峰

摘 要 本文結(jié)合獨(dú)立學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的要求，針對“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了初步的探討?！凹呻娐饭に嚮A(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由工藝模擬多媒體教學(xué)系統(tǒng)、基礎(chǔ)的半導(dǎo)體平面工藝實(shí)驗(yàn)、工藝仿真軟件和校企合作等部分組成。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐，嘗試調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生理論學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐操作能力的發(fā)展，培養(yǎng)合格的電子信息類應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型人才 集成電路工藝基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G424?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.01.047

The Research of Experimental Teaching on "Integrated Circuit

Process Foundation" in Independent College

WEN Yi， HU Yunfeng

（University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan Institute， Zhongshan， Guangdong 528402）

Abstract Combining electronic science and technology applied talents training model in independence colleges， the experimental teaching was discussed on the "integrated circuit process foundation" course. The course was composed of simulation multimedia teaching system， basic semiconductor planar process experiment， process simulation software and school-enterprise cooperation. With the author's teaching practice， the enthusiasm of students was trying to effectively mobilized， and the development of students' learning ability and practical ability to train qualified electronic information applied talents was promoted.

Key words applied talents; integrated circuit process foundation; experimental teaching

0 引言

微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地位。高校的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以培養(yǎng)微電子學(xué)領(lǐng)域的高層次工程技術(shù)人才為目標(biāo)，學(xué)生畢業(yè)后能從事電子器件、集成電路和集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造，以及相關(guān)的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝的研制與開發(fā)等方面工作。

“集成電路工藝基礎(chǔ)”是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門核心課程，講授半導(dǎo)體器件和集成電路制造的單項(xiàng)工藝基本原理和整體工藝流程。本課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系中的重要環(huán)節(jié)，也是學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的必要組成部分。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該具備一定工藝分析、設(shè)計(jì)以及解決工藝問題的能力。

集成電路工藝實(shí)驗(yàn)作為“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課教學(xué)的重要組成部分，具有實(shí)踐性很強(qiáng)、實(shí)踐和理論結(jié)合緊密的特點(diǎn)。加強(qiáng)工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于培養(yǎng)高質(zhì)量的集成電路專業(yè)人才十分必要。但是集成電路的制造設(shè)備價(jià)格昂貴，環(huán)境條件要求苛刻，限制了工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校的開展。國內(nèi)僅少數(shù)重點(diǎn)大學(xué)能夠承受巨大的運(yùn)營費(fèi)用，擁有簡化的集成電路工藝線或工藝試驗(yàn)線供科研、教學(xué)使用。而大多數(shù)學(xué)校只能依靠到研究所或Foundry廠進(jìn)行參觀式的實(shí)習(xí)來解決工藝實(shí)驗(yàn)問題，這對于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

我院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)成立于2003年，現(xiàn)每屆招收本科生約120人，多年內(nèi)為珠三角地區(qū)培養(yǎng)了大量專業(yè)人才。隨著集成電路技術(shù)日新月異的發(fā)展，對從業(yè)人員的要求也不斷升級，所以工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)也必須與時(shí)俱進(jìn)。作為獨(dú)立學(xué)院，如何結(jié)合自身實(shí)際地進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、采用多種方法手段開展工藝實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，提高集成電路工藝課程的教學(xué)質(zhì)量，是我們所面臨的緊迫問題。本文以“集成電路工藝基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐為研究對象，針對獨(dú)立學(xué)院學(xué)生理論基礎(chǔ)較為薄弱，動(dòng)手熱情比較高的特點(diǎn)，就該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了探討。

1 “集成電路工藝基礎(chǔ)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“集成電路工藝基礎(chǔ)”具有涉及知識面廣，教學(xué)內(nèi)容信息量大，綜合性強(qiáng)，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的特點(diǎn)，課程教學(xué)難度相對較大。同時(shí)獨(dú)立學(xué)院相應(yīng)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備較為缺乏。為了提高學(xué)生對該課程的興趣，取得更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，讓學(xué)生能將理論應(yīng)用于實(shí)踐，具有較強(qiáng)的集成電路生產(chǎn)實(shí)踐和設(shè)計(jì)開發(fā)能力，筆者從如下幾方面對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了嘗試。

1.1 工藝模擬多媒體教學(xué)系統(tǒng)

運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，很難讓學(xué)生理解抽象的器件結(jié)構(gòu)和工藝流程并產(chǎn)生興趣。我院購置了清華大學(xué)微電子所的集成電路工藝多媒體教學(xué)系統(tǒng)，幫助學(xué)生對集成電路工藝流程有一個(gè)全面生動(dòng)的認(rèn)識。該系統(tǒng)提供擴(kuò)散、氧化和離子注入三項(xiàng)工藝設(shè)備的操作模擬，充分利用多媒體技術(shù)，將聲光電等多種素材進(jìn)行合理的處理，做到圖文聲像并茂，力爭使抽象的知識形象化，獲得直觀、豐富、生動(dòng)的教學(xué)效果。該系統(tǒng)涉及大量的集成電路制造實(shí)際場景與特殊細(xì)節(jié)，能較全面地展示Foundry廠的集成電路生產(chǎn)環(huán)境和工藝流程。內(nèi)容豐富、身臨其境的工藝模擬能大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解理論知識。

此外，在工藝課程的課堂教學(xué)過程中，嘗試?yán)脤W(xué)生自學(xué)討論作為輔助的形式。針對某些章節(jié)，老師課前提出問題，安排學(xué)生分組準(zhǔn)備，自習(xí)上網(wǎng)收集最新的與集成電路工藝實(shí)驗(yàn)相關(guān)的資料，整理中、英文文獻(xiàn)，制作內(nèi)容生動(dòng)的PPT在課堂上演示并展開討論，最后歸納總結(jié)。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自學(xué)和小組合作作學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提高網(wǎng)上查找、整理資料的能力，也為老師的多媒體課件制作提供了素材，豐富了老師的教學(xué)內(nèi)容。

1.2 基礎(chǔ)的半導(dǎo)體平面工藝實(shí)驗(yàn)

學(xué)院一直非常重視電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的建設(shè)問題，在實(shí)驗(yàn)室配置方面的資金投入力度比較大。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，近年來實(shí)驗(yàn)室購置了一批集成電路工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，如光刻機(jī)、涂膠機(jī)、氧化反應(yīng)室、磁控濺射設(shè)備、半導(dǎo)體特性測試系統(tǒng)和掃描電子顯微鏡等，為集成電路工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展打下了良好的物質(zhì)基礎(chǔ) 。

在集成電路專業(yè)教學(xué)中，工藝實(shí)驗(yàn)是非常重要的環(huán)節(jié);讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才也是非常必要的。通過調(diào)研考察兄弟院校的工藝實(shí)驗(yàn)開展情況，結(jié)合我院的實(shí)際情況和條件，確定了我院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)半導(dǎo)體平面工藝實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如氧化（硅片熱氧化實(shí)驗(yàn)）、擴(kuò)散（硅片摻雜實(shí)驗(yàn)）、光刻（硅片上選擇刻蝕窗口的實(shí)驗(yàn)）、淀積（PVD、CVD薄膜制備的實(shí)驗(yàn)）等。

這些設(shè)備和儀器，除了用于工藝課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，平時(shí)還開放給本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目及研究生科研等。通過實(shí)際動(dòng)手操作，使學(xué)生能將所學(xué)理論知識運(yùn)用到實(shí)際中，既培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際操作能力，又引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中掌握分析問題、解決問題的科學(xué)方法，加深了對集成電路工藝技術(shù)和原理的理解。

1.3 工藝仿真軟件

現(xiàn)代集成電路的發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，所以要重視計(jì)算機(jī)仿真在課程中的作用。TCAD（Technology Computer Aided Design）產(chǎn)品是研究、設(shè)計(jì)與開發(fā)半導(dǎo)體器件和工藝所必需的先進(jìn)工具。它可以準(zhǔn)確地模擬研究所和Foundry廠里的集成電路工藝流程，對由該工藝流程制作出的半導(dǎo)體器件的性能進(jìn)行仿真，也能設(shè)計(jì)與仿真太陽能電池、納米器件等新型器件。

利用美國SILVACO公司的TCAD產(chǎn)品，筆者為工藝課程開設(shè)了課內(nèi)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括薄膜電阻、二極管、NMOS等基本器件的設(shè)計(jì)和工藝流程仿真。通過ATHENA和ATLAS軟件教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生仿真設(shè)計(jì)基本的半導(dǎo)體器件，模擬工藝流程，從而鞏固所學(xué)理論知識，使學(xué)生將工藝和以前學(xué)過的半導(dǎo)體器件的內(nèi)容融合起來。學(xué)生在計(jì)算機(jī)上通過軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，既可以深入研究仿真的工藝流程細(xì)節(jié)，又可以彌補(bǔ)由于設(shè)備條件的制約帶來的某些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目暫時(shí)無法開出的不足。

1.4 校企合作

培養(yǎng)應(yīng)用型人才還必須結(jié)合校企合作。珠三角地區(qū)是微電子產(chǎn)業(yè)的聚集地，企業(yè)眾多，行業(yè)發(fā)展前景好。加強(qiáng)校企聯(lián)系，可以做到合作共贏，共同發(fā)展。通過組織學(xué)生到半導(dǎo)體生產(chǎn)測試企業(yè)參觀實(shí)習(xí)，如深圳方正微電子、珠海南科、中山木林森LED等，讓學(xué)生親身體驗(yàn)半導(dǎo)體企業(yè)的生產(chǎn)過程，感受集成電路工廠的生產(chǎn)環(huán)境，了解本行業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的概況，從而彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作。目前，學(xué)院與這些半導(dǎo)體生產(chǎn)測試企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系，每屆畢業(yè)生都有進(jìn)入上述企業(yè)工作的。他們在工作崗位上表現(xiàn)良好，獲得用人單位的好評，既為企業(yè)輸送了合格人才，也為往后學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃樹立了榜樣，拓展了學(xué)生的就業(yè)渠道。

2 結(jié)束語

經(jīng)過筆者幾年來的實(shí)踐，在“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了改進(jìn)，形式多樣，互為補(bǔ)充，內(nèi)容全面、新穎，注重學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)，對提高學(xué)生整體素質(zhì)起到了積極作用，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。當(dāng)然，“集成電路工藝基礎(chǔ)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還有很大的改進(jìn)空間，我們還需要在實(shí)踐中不斷地改革與探索，將其逐步趨于完善，使其在培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用型人才的過程中發(fā)揮巨大的作用。

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