《集成電路制造工藝》課程教學實踐探討

張新安，成 強

（河南大學 物理與電子學院，河南 開封 475004）

以集成電路為主的半導體產業是現代制造業的核心和基礎，對經濟建設、社會發展乃至國家安全具有重要的戰略地位，高性能集成電路芯片的制造成為當今世界競爭最激烈、發展最迅速的前沿領域之一.隨著我國經濟的快速發展，對集成電路制造方面的人才需求大幅增加.

《集成電路制造工藝》主要講述以硅為基礎的集成電路的制造工藝及工藝原理.通過本課程的學習，學生應該掌握一定工藝設計、分析以及解決工藝問題的能力，使學生對集成電路制造的關鍵工藝及其原理有較為完整和系統的概念.該課程涉及到的知識面廣，較為抽象，理論性和實踐性都較強.所以，如何在理論教學的模式下，理論聯系實踐，提高教學質量.如何利用多種可能的資源開展工藝實驗的教學、加強科學實驗能力和實際工作能力的培養，是教師所面臨的緊迫問題.

1 科學安排教學內容

1.1 核心教學內容

本課程的目的是使學生掌握集成電路制造過程中工藝方法和原理，熟悉集成電路芯片制作的工藝流程，并具有一定的工藝設計、分析及解決實際工藝問題的能力.其基本內容包括硅襯底的制備、擴散工藝、離子注入、薄膜制備技術（包括外延、化學氣相淀積及物理氣相淀積）、光刻技術、蝕刻工藝、鍵合與封裝技術和工藝集成技術[1].由于該課程學時數有限，有些教材中出現的半導體材料物理特性、超凈技術和工藝中的化學藥品等內容可以讓學生課后閱讀，不應作為本課程的核心內容.另一方面，由于教材側重技術介紹，在工藝原理方面涉及甚少，因此有必要補充關鍵工藝的物理基礎和原理，所以任課教師需要廣泛查閱相關資料，對教材內容作必要和有益的補充.

1.2 教學內容次序

《集成電路制造工藝》的章節次序是按照制造工藝中的不同步驟分章進行的.這樣學生在學習每章之前如果不能全面把握半導體制造的系統流程，那么學起來就會感到支離破碎、缺乏邏輯，就很難掌握各部分在集成電路制造工藝過程中的作用，會覺得非常枯燥、難以理解.因此，在第一課時，就需要給學生們建立起來集成電路制造的系統流程概念.比如在第一節課時，采用流程圖將集成電路整體制備工藝做系統介紹，并指出每一步主要采用的工藝名稱及其基本概念，使學生先對后續每章內容如摻雜、氧化、光刻、薄膜制備等有一個基本概念.掌握其功能和基本用途，不至于在后面講到這些章節的時候覺得孤立不了解其在半導體制造技術中的地位.然后逐章詳細講解怎么樣實現摻雜，摻雜的分類等.這樣整本書或者說整個集成電路制造工藝過程就非常清晰，不但整體的過程清晰明了，每個工藝與整個半導體之間的關聯也非常清楚.

2 靈活多樣的教學方式

2.1 多媒體教學與傳統教學方式結合

在集成電路制造工藝課程教學中可以采用傳統板書教學、多媒體教學和錄像教學等多種方式.靈活多樣的教學方式是其教學內容特點的要求.多媒體教學是現今已廣泛使用的一種教學手段，因為在集成電路制造工藝課程中有大量的工藝流程和工藝實施后的硅片剖面圖需要展示，只有通過多媒體才能給學生以直觀、清楚的認識.如果不采用多媒體的教學，大量結構剖面圖、各種微精細加工過程和設備圖等，如果完全依賴老師的板書，教學內容和效果將大打折扣.而多媒體教學圖文并茂、信息量大，達到事半功倍的效果.但教學實踐發現，在一些公式較多的場合采用單一的多媒體教學的效果并不理想.比如在講解硅的熱氧化生長動力學、擴散系數和擴散方程等內容時[2]，雖然多媒體課件的信息容量大，但公式推導的銜接不方便，學生接受和理解較為困難，課堂教學效果并不好.因此，在進行理論推導部分的教學時，就應以傳統的交互式方法為主，而把多媒體技術則作為輔助手段.一般說來，對于公式的推導和例題的講解，采用板書的方式有助于使過程條理化，前后呼應，若再輔以啟發式提問來調動學生參與課堂教學活動，就能收到較好的教學效果.

2.2 錄像教學

集成電路的制造工藝流程十分復雜，錄像教學可以系統全面地展示了集成電路制造工藝過程.在教學中給學生播放國內及國際知名半導體公司的工藝錄像，有助于學生深入學習、研究先進的集成電路制造技術，使一些抽象的概念和理論形象直觀，易于講解，同時可以使學生對實際生產過程有一個直觀的認識.利用這些課程資源大大加強了該課程理論教學的直觀性和臨場感，提高了教學效果.

3 加強實踐能力的培養

實踐性教學環節承擔著培養學生綜合素質、工程意識、創新意識、動手能力和科研能力的重要任務，它是高等院校教書育人這一中心工作不可缺少的重要組成部分.

3.1 通過軟件模擬實驗教學

隨著半導體器件理論知識、數值模擬技術的發展及計算機性能的不斷提高.采用高性能計算機為平臺，以半導體器件模型為基礎，利用數值模擬技術進行集成電路制造工藝的仿真技術得到了廣泛的應用.針對常用的工藝模擬軟件，可以開設了多個實驗訓練，比如利用工藝模擬結果可以清楚地顯示氧化層的生長過程、離子注入過程的雜質分布情況或者薄膜淀積的厚度等工藝參數隨著時間推進的發展變化等.可使學生身臨其境地對所學的基本工藝進行簡單的模擬.學生可采用這些軟件先對單項工藝進行設計，然后結合具體器件的實際工藝流程，對整個器件前后道工藝之間的相互聯系進行模擬分析，進而全面了解半導體器件制造流程及其各項工藝之間的相互影響.這些實驗過程彌補傳統實驗教學的不足，提高了實踐教學效果.

3.2 開設實驗課程

集成電路的制造設備價格昂貴、對環境條件要求苛刻、運轉維護費用大，國內多數高校不具備工藝線.但是隨著國家科研經費的增加，多數高校購置了一些與集成電路制造工藝相關的科研設備，如：高溫退火設備、磁控濺射、熱蒸發鍍膜、化學氣相沉積以及簡單的紫外光刻設備等.可以利用這些科研資源為本科生開設最基本的半導體平面工藝實驗.可以實現氧化、薄膜制備、電極制備、光刻和濕法刻蝕等工藝.通過實踐環節的訓練，可以培養學生的動手能力，可使他們加深對制造工藝的理解和認識.

3.3 參觀實習

必須與相關半導體研究單位及制造公司進行了密切的校企合作，創造條件開拓實習渠道、培養合格人才.參觀企業使學生對集成電路的生產場地以及超凈環境要求更具感性和深刻的認識.通過技術人員對相關的工藝環境、設備、技術和工藝流程的講解及操作演示，使學生對集成電路制造流程、制造工藝過程以及測試封裝的理解更加系統和全面.

〔1〕關旭東.硅集成電路工藝基礎[M].北京：北京大學出版社,2008.

〔2〕李惠軍.現代集成電路制造技術原理與實踐[M].北京:電子工業出版社，2009.