集成電路工藝課程立體化教學的探索與實踐

鄧洪海 馬青蘭 黃靜

摘 要：集成電路工藝是電子科學與技術專業本科生重要的專業課程，針對課程特點，結合理論授課、TCAD工藝模擬、工藝實驗驗證三個方面，對構建集成電路工藝的多模式立體化教學平臺進行了探索。

關鍵詞：集成電路工藝；立體化教學；探索與實踐

微電子技術是高科技和信息產業的核心技術，是伴隨著集成電路（IC）發展起來的高新技術，對國民經濟和國家安全有著舉足輕重的戰略作用。集成電路工藝作為電子科學與技術相關專業的專業課程，其任務是使學生掌握集成電路的主要工藝技術及相關原理，培養其自主解決工藝問題的能力。課程具有實踐性強、理論與實踐密切結合的特點，目前的教學存在強調理論、忽視實踐的問題，學生害怕硬件，缺乏動手能力，不能扎實系統地掌握課程知識。本文對集成電路工藝的教學方法和教學內容進行了探討，搭建了“理論—模擬—實踐”的立體化教學平臺，為大學教學改革提供參考。

一、目前課程存在的問題

1.教學模式的限制

在課程教學中，教學模式主要以理論授課為主，但是高等院校對微電子及集成電路專業的人才培養方式越來越強調對學生實踐能力的培養，傳統板書和多媒體PPT演示的教學方法已經無法滿足與實驗教學有機的結合。

2.教學資源的缺乏

要培養學生具備較好的動手能力及基本的科研素質，在集成電路工藝實驗教學中，必須使用各種工藝設備，如擴散爐、退火爐、光刻機、刻蝕機等，這些設備儀器價格昂貴，購置和維護這些設備的費用遠遠超出了學校的承受能力，導致其中部分實驗無法開設，降低了教學效果。

3.課程設置僵化

目前集成電路工藝的課程設置一般是采用理論教學和實驗教學結合、理論教學和計算機模擬結合的形式，或者單獨進行相關的課程設計，整個知識面不夠系統，并且考核形式比較單一，不利于學生集成電路工藝設計和分析能力的提高。

二、立體化教學在課程中的實踐

1.理論教學設計

集成電路工藝的基礎知識所涉及的面較廣，理論性較強，要求學生能夠扎實掌握半導體原理和器件的相關知識，能夠從前期的課程基礎上解釋工藝中出現的問題，如外延層構造及缺陷與器件性能間的聯系、擴散參數與摻雜離子分布的聯系等。所以，在教學內容的選擇上突出交叉課程的相關性，將半導體原理和器件的內容融入工藝的教學內容中，有利于電子科學與技術專業學生對課程體系的整體掌握。

2.模擬仿真設計

TCAD（Technology CAD） 即工藝計算機輔助設計已經在集成電路工藝中有著舉足輕重的作用，廣泛運用于工藝優化、控制以及設計優化中，不但可以通過模擬芯片制備的整個工藝流程節省實驗成本，在實驗前后以及進行過程中，可以隨時觀察各項數據，對實驗過程和結果進行直觀分析，從而使學生得到及時全面的認知，改善教學效果。對理論教學中的案例進行驗證性和探究性模擬實驗設計，可以進一步加強學生對知識的掌握程度。基于南通大學的SILVACO—TCAD的教學軟件，同樣以熱擴散工藝為例，如下圖所示，擴散深度隨著擴散時間的增加而增加，可見在模擬實驗中可以便捷地修改各項參數，靈活設計教學內容。

3.實驗教學設計

實驗作為教學的重要組成部分必須與理論教學相輔相成， 必須能有效地促進學生對理論的理解，又要能在實驗中應用相關理論，為學生獲得新的理論知識打下良好的基礎。目前集成電路工藝課程存在實驗儀器貴重、精密、量少與實驗人數多、實驗時間短的供需矛盾，因此對于現有的設備一定要對實驗參數進行正交設計，從全面實驗中挑選出部分有代表性的點進行實驗，注重高效率、快速、經濟。

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—工藝實驗密切結合的立體化實驗平臺，不但能豐富課程的教學內容，而且能激發學生的學習興趣，也能使學生更為扎實地掌握集成電路制備的整個流程和設計方式，增強動手能力，提升教學效果。

參考文獻：

戚玉婕.TCAD在“半導體工藝”課程中應用的教學探討[J].揚州：揚州教育學院學報，2013，31（3）：85-87.

基金項目：南通大學教學改革課題2014B42、2014B44、2014B43；南通大學課程資源建設項目JP14022；江蘇省高校品牌專業建設工程資助項目。

編輯 薄躍華