新形勢下微電子工藝實驗教學(xué)改革研究

劉紅梅 王璐 艾春鵬 孫風(fēng)云 鞠鑫

摘要：文章探討了在新工科建設(shè)的新形勢下，如何突出黑龍江大學(xué)微電子專業(yè)微電子器件方向的特色，在現(xiàn)有的微電子工藝實驗條件下，將過去的傳統(tǒng)、分立實驗進行改革，建立一個創(chuàng)新型實驗教學(xué)體系，從而使學(xué)生更牢固地掌握微電子器件及簡單集成電路的整個工藝制造技術(shù)和測試方法。激發(fā)學(xué)生主動參與，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，創(chuàng)造良好的實驗平臺。

關(guān)鍵詞：微電子工藝;創(chuàng)新性;實驗教學(xué)

一、引言

微電子技術(shù)與國家科技發(fā)展密切相關(guān)，是21世紀我國重點發(fā)展的技術(shù)方向。在新形勢下，無論軍用還是民用方面都對微電子方向人才有強烈需求。高校微電子專業(yè)是以培養(yǎng)能在微電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，從事半導(dǎo)體器件、集成電路設(shè)計、制造和相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究和開發(fā)等方面工作的高級應(yīng)用型科技人才為目標的。因此，要求學(xué)生不僅要具備堅實的理論基礎(chǔ)，還需具備突出的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力，滿足行業(yè)的快速發(fā)展和社會需求。

目前我國微電子行業(yè)中，微電子工藝研究相對于器件和集成電路設(shè)計研究工作是滯后的，處于不平衡發(fā)展狀態(tài)，為使行業(yè)發(fā)展更均衡，需要加強微電子工藝人才的培養(yǎng)。微電子工藝是微電子專業(yè)中非常重要的專業(yè)課，主要研究微電子器件與集成電路制造工藝原理與技術(shù)。微電子器件與集成電路尺寸都是在微米甚至納米量級，導(dǎo)致在理論學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生理解有一定的困難，因此需要通過開設(shè)微電子工藝實驗課程加深和鞏固知識內(nèi)容，使學(xué)生更加直接地接觸微電子行業(yè)核心技術(shù)，了解半導(dǎo)體器件、集成電路生產(chǎn)制造加工的技術(shù)方法，從而促進學(xué)生對微電子工藝等課程的學(xué)習(xí)。因此，微電子工藝實驗教學(xué)可以有效地彌補理論教學(xué)的局限性和抽象性，促進學(xué)生對理論課的理解和提高學(xué)生的動手能力。

二、課程分析

微電子工藝課程要求掌握制造集成電路所涉及的外延、氧化、摻雜、光刻、刻蝕、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積、金屬化等技術(shù)的原理與方法，熟悉雙極型和M0s集成電路的制造工藝流程，了解集成電路的新工藝和新技術(shù)。微電子技術(shù)的發(fā)展是遵循摩爾定律，快速發(fā)展變化的，雖然工程教育要求教學(xué)最新最前沿的技術(shù)，但微電子設(shè)備價格昂貴，運轉(zhuǎn)與維護費用很高，任何高校都很難不斷升級換代;而且集成電路制造技術(shù)的更新迭代主要是在摻雜技術(shù)、光刻技術(shù)、電極制造技術(shù)方面進行了技術(shù)改進，在其他方面還都是相似的，因此，在高校中單純追求工藝先進的實驗教學(xué)是不現(xiàn)實的?；诖?，結(jié)合實際教學(xué)資源情況，建設(shè)主流、典型工藝技術(shù)的工藝實驗線，并開展理論聯(lián)系實踐的實驗教學(xué)是微電子工藝實驗室建設(shè)的重點。通過實驗使學(xué)生更牢固地掌握晶體管及簡單Ic的整個工藝制造技術(shù)，學(xué)會測試晶體管重要參數(shù)，以及初步了解集成電路工藝制造過程。

黑龍江大學(xué)微電子工藝實驗室已建立數(shù)十年，之前受到設(shè)備的限制，所開設(shè)的實驗都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒有形成有機整體，學(xué)生缺乏對晶體管制作工藝流程的整體認識。經(jīng)過不斷發(fā)展和學(xué)校的大量投入，目前該實驗室擁有一條微電子平面工藝線，主要的設(shè)備包括磁控濺射設(shè)備、電子束蒸發(fā)設(shè)備、CVD化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)、光刻機、離子刻蝕機、擴散爐、氧化爐、超聲壓焊機、燒結(jié)爐等。這些設(shè)備保證了微電子工藝實驗?zāi)軌虬淳w管制作工藝流程順序完成制作。同時實驗室配備了測試環(huán)節(jié)所必須的顯微鏡、電阻率測試儀、探針測試臺、半導(dǎo)體特性圖示儀等檢測儀器，通過實驗?zāi)苓M一步加深學(xué)生對微電子工藝制造過程的了解。實踐證明，以上實驗內(nèi)容對學(xué)生掌握知識和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。該實驗室多年來一直開展本科生教學(xué)和本科生畢業(yè)設(shè)計、研究生畢業(yè)設(shè)計、各類創(chuàng)新實驗項目等教學(xué)、科研工作。

三、實驗教學(xué)的開展

為了達到理論實踐相互支撐與關(guān)聯(lián)，通過實驗促進理論學(xué)習(xí)，筆者根據(jù)微電子專業(yè)特點，開展了微電子工藝實驗的教學(xué)改革。在原有的微電子平面工藝實驗的基礎(chǔ)上，建立由實驗內(nèi)容的設(shè)置、多媒體工藝視頻、實際操作的工藝實驗、實驗考核方法和參觀學(xué)習(xí)五部分組成的教學(xué)方式，形成有效的實踐教學(xué)，加強了學(xué)生對制造技術(shù)和工藝流程的整體的認識，培養(yǎng)了學(xué)生對半導(dǎo)體器件原理研究的興趣，使學(xué)生對將來從事半導(dǎo)體工藝方面的研究充滿信心。

（一）實驗內(nèi)容的設(shè)置

實驗內(nèi)容主要包括四部分：

1.教師提供給學(xué)生難易不同的器件結(jié)構(gòu)（二極管、三極管、MOS管等），學(xué)生可以自主選擇;

2.根據(jù)器件結(jié)構(gòu)，計算機輔助軟件設(shè)計器件制作的工藝流程;

3.通過實驗室提供的儀器設(shè)備完成器件制作;

4.測試器件性能參數(shù)。

通過這樣設(shè)置，既能掌握微電子工藝的基本理論，又能通過實驗分析完善工藝參數(shù)，使學(xué)生完全參與其中。

（二）多媒體工藝視頻

為了讓學(xué)生對集成電路設(shè)計和微電子制造工藝有直觀的認識。結(jié)合實際的實驗教學(xué)過程，制作全程相關(guān)單項工藝技術(shù)、流程及設(shè)備操作視頻演示資料，同時強調(diào)工藝制作過程中安全操作和注意事項，防止危險的發(fā)生。

（三）實際操作的工藝實驗

工藝實驗涵蓋清洗、氧化、擴散、光刻、制版、蒸鍍、燒結(jié)、壓焊等主要工序，為學(xué)生親自動手制作半導(dǎo)體器件和制造集成電路提供了一個完整的實驗條件。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識了解器件結(jié)構(gòu)、確定工藝條件、按照流程完成器件的制作。保證每名學(xué)生都參與到器件制作過程中。同時每個單項工序時間和內(nèi)容采取預(yù)約制，實現(xiàn)開放式實驗教學(xué)。

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（四）實驗考核方法

在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，實驗考核是重要的教學(xué)質(zhì)量評價手段。實驗著重對動手能力和綜合分析問題的能力及創(chuàng)新能力進行考核。主要考核內(nèi)容包括：

1.器件工藝設(shè)計：考核設(shè)計器件制作流程的合理性;

2.工藝實驗：考核現(xiàn)場工藝操作是否規(guī)范，選用的工藝條件是否合理;

3.測試結(jié)果：考核制作器件的測試結(jié)果;

4.實驗分析報告：考核分析問題和解決問題能力，并最終給出綜合成績。

（五）參觀學(xué)習(xí)

參觀學(xué)習(xí)有助于學(xué)生全面了解本行業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的概況及先進的設(shè)備、現(xiàn)代化的生產(chǎn)車間和工藝水平。每年帶領(lǐng)學(xué)生參觀中國電子科技集團公司第49研究所、海格集團等企事業(yè)單位，安排相應(yīng)技術(shù)人員進行講座和交流，使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的寶貴經(jīng)驗和實踐知識。

四、結(jié)束語

筆者通過微電子工藝實驗的教學(xué)改革實踐，提高了學(xué)生對微電子制造工藝的認識，加深了對理論知識的理解，加強了學(xué)生實驗實踐能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實的基礎(chǔ)。同時以實驗室目前的實驗條件，還可以為黑龍江省內(nèi)其他高校提供微電子工藝實驗實習(xí)基地，實現(xiàn)良性資源共享。