微電子工藝實習實踐教學研究

付強+劉曉為+王蔚+譚曉昀

摘 要：微電子專業包含半導體工藝、器件以及集成電路等相關研究方向，是21世紀我國重點發展的技術方向，與國家經濟、科技發展密切相關。針對本科教學過于偏重理論課程，導致學生很難在工作中迅速掌握實用技能的現狀，各高校正在逐步提高實踐教學比例。開設微電子專業學生的工藝實習課程，能夠使學生更加直接的接觸半導體行業核心技術，通過親身體驗了解半導體器件、集成電路生產等的加工與設計之間的關系，從而促進學生對半導體器件、集成電路設計等課程的學習。開展工藝實習課程是微電子專業學習的重要實踐環節，對后續學習、研究奠定重要基礎。

關鍵詞：微電子 集成電路 實習實踐

中圖分類號：G482 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0241-02

目前微電子專業得到廣泛重視，我國從戰略高度將其確定為優先發展的產業。無論軍用還是民用方面都對微電子尤其是集成電路方向人才需求旺盛，這在發展集成電路方面是難得的機遇，同時也面臨挑戰。這也致使高校學生過于偏重集成電路設計學習，忽視工藝方面的研究，導致學生對集成電路實際工藝偏差對所設計的器件影響理解不夠深入，很難設計出性能優越的半導體器件以及集成電路。開展本科生半導體工藝實習，成為半導體以及微電子學科的必然要求。本文將從工藝實習的必要性、如何開展工藝實習等方面探討在實踐教學中的微電子專業學生培養方法[1]。

1 開展微電子專業實習實踐的必要性

實踐教學對于大多數工科課程都具有十分重要的作用，微電子學是基于半導體工藝的工程技術學科，直到21世紀前10年，半導體器件發展基本遵循摩爾定律，加工技術突飛猛進。尤其是集成電路課程相對于其他學科更加偏重于對微米甚至納米級物理效應的研究，知識體系復雜，學生理解和掌握的難度較高。由于本學科自身的抽象特性，導致學生很難在電路設計中理解由于工藝和半導體晶體特性產生的對所設計器件的極限性能的影響，學生設計出的電路往往達不到預想的性能，甚至在功能上都難以保證。此外，由于集成電路設計工作可以獲得較高的經濟利益，致使我國半導體工藝研究明顯滯后于集成電路或半導體器件的設計研究工作，通過工藝實踐可以使學生充分理解和掌握半導體工藝特點，培養學生對半導體器件原理研究的興趣，促進學生將來從事半導體工藝物理方面的研究，改善我國微電子行業發展不平衡的狀態。最后，實習實踐教學可以有效的彌補理論教學的抽象性局限，能夠減少學生的知識盲點，促進學習成績的提高[2]。

2 如何開展微電子工藝實習實踐教學

結合微電子專業學習特點，開展微電子工藝實踐教學，務必做到實踐課程有理論支撐、與理論相關聯，促進理論知識理解，從學生興趣出發，建立健全實驗、工藝實習所需儀器設備，提高學生對工藝實習的積極性，從而達到學習目的和激發學生從事相關科研、生產工作的熱情。為更好地開展微電子工藝實習實踐教學，有必要從以下幾個方面開展工作。

2.1 合理的實習內容構建

微電子工藝實習是半導體物理、集成電路以及MEMS設計等課程的實踐教學環節，該實習課程主要內容應該按照以上相關課程需要開設。結合半導體工藝特點設置適合高校開展的實習內容。由于半導體工藝生產線特別昂貴，國內高校很少有獨立半導體生產線，哈爾濱工業大學以本科教學為目的建設的一條集成電路生產線，包含清洗、擴散、光刻、蒸鍍、燒結、壓焊以及封裝等設備，能夠完整實現簡單集成電路生產，使同學們在學校就能夠了解和學習集成電路生產的全過程。同時，為了配合半導體工藝實習，實驗室配備了集成電路工藝生產中的中測、成測環節所必須的顯微鏡、電阻率探針測試臺、半導體特性圖示儀等鏡檢和測試儀器，開展了靜電鍵合實驗、四探針法電阻率測試實驗以及三極管特性測試實驗等與工藝生產相結合的實驗課程，進一步加深學生對半導體工藝的了解。實踐證明，以上實習內容對學生的知識掌握和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著[3]。

2.2 面向應用的教學方法與教學模式

哈爾濱工業大學是以工科為主的大學，其教育目標就是培養工程應用人才，尤其是微電子技術學科工程應用背景更加突出。在工藝實習實踐教學中應該自始至終貫徹該教學要求，做到培養有扎實理論基礎和熟練實際動手能力的新型技術人才。在教學方法上采用學—做—想—創的新理念，首先有教師結合理論課知識，講解如何通過工藝生產得到集成電路和其它半導體器件，輔助視頻教程理解實際半導體生產流程，使得學生能夠從觀察、學習入門，培養學生學習興趣，同時了解真正生產時需要注意的工業生產環境、操作要求以及安全注意事項。其次，鼓勵學生自己動手進行工藝生產步驟，由于學生數量較多，可以采用分步驟責任分工的形式，保證每個學生都能親自參與其中，對于其他學生負責的部分以觀察為主。對于加工出的器件進行實際測試，思考工藝流程中有哪些操作會給器件性能造成影響，做到能夠分析原因、能夠有針對性提出改進方法的要求。最后就是能夠提出有創造性和建設性的意見，鼓勵學生自主設計芯片，在能夠滿足加工要求的情況下盡可能多的提供流片機會，這樣能夠提高學生的成就感，促使其今后能夠更加勝任所從事的半導體技術工作。

2.3 通過實踐教學拓寬學生的學習、就業方向

微電子學科是具有較強理論基礎的應用型學科，而集成電路已經成為眾多行業的基礎，需求量十分巨大。而大學生通過理論學習很難了解今后工作需求。借助生產實習課以進一步加深學生對所從事行業的認識。該校學生在實習期間，最基本的要求是設計并加工出一只雙極性三極管，測試其性能參數與設計值之間的差距，這樣既能使學生掌握半導體器件基本理論，又能通過大數據分析，完善工藝參數。通過學生的設計、制造和分析，為后續集成電路設計課程奠定基礎，實現縱向拓展。實習期間，教師帶領學生去周邊晶體管廠和研究所實地參觀半導體生產加工，了解本行業工作環境、社會需求以及工資待遇等學生們關心的問題，橫向拓展學生對本行業的了解。通過以上過程，學生對所學習的知識和從事的工作會有更加深入的了解，有助于學生根據自身條件規劃后續學習、研究方向。

2.4 提供更多的實踐機會與實踐平臺

通過開展大學生科技創新項目、學生自主設計研發實驗儀器項目，為學生提供更多的實踐機會，學生通過以上比較有代表性的實踐創新平臺參與實踐學習，既加深了學生對知識的理解，又鍛煉了學生解決實際問題的能力。尤其對于微電子專業而言，其理論性的實驗證明往往都是具有獨特的行業特點，市面上很難購買到能夠支持微電子相關實驗的教學儀器設備。為了解決這一問題，開展學生自主研發方式開發儀器設備，對學生的微電子理論知識掌握程度要求明顯要高于書本所學內容，同時要求對電路、機械、計算機以及通信等知識的全面掌握，才能完成相關課題研究，從而使學生在實踐中得到學習[4]。

3 結語

本文通過對微電子專業學生培養方式、專業知識以及就業的分析，探討了實踐教學在微電子專業的重要性和必要性，從實踐體系構建、實踐內容安排、教育教學方法、知識拓寬與就業分析以及實踐平臺建設等方面，提出了加強微電子專業學生實踐教學培養的方法。實踐證明，通過有效的實踐學習安排，能夠促進學生對微電子知識的掌握和對所從事的微電子行業的認知，從而達到培養優秀微電子人才的目的。

參考文獻

[1] 陳炳若，戴鋒，趙小敏，等.“微電子技術”實踐課的教學模式[J].高等理科教育，2004（4）：54-56.

[2] 李淑萍.微電子技術專業實踐教學體系的構建與實踐[J].西北成人教育學院學報，2014（6）：40-44.

[3] 王蔚，田麗，王喜蓮，等.校內實驗室開設微電子生產實習的探索[J].電氣電子教學學報，2009，31（2）：71-72.

[4] 陳新.大學生創新訓練項目的實踐與思考[J].實驗技術與管理，2017，34（6）：29-31.endprint