新形勢下微電子工藝實驗教學改革研究

劉紅梅 王璐 艾春鵬 孫風云 鞠鑫

摘要：文章探討了在新工科建設的新形勢下，如何突出黑龍江大學微電子專業微電子器件方向的特色，在現有的微電子工藝實驗條件下，將過去的傳統、分立實驗進行改革，建立一個創新型實驗教學體系，從而使學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和測試方法。激發學生主動參與，突出創新能力的培養，創造良好的實驗平臺。

關鍵詞：微電子工藝;創新性;實驗教學

一、引言

微電子技術與國家科技發展密切相關，是21世紀我國重點發展的技術方向。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。高校微電子專業是以培養能在微電子學領域內，從事半導體器件、集成電路設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究和開發等方面工作的高級應用型科技人才為目標的。因此，要求學生不僅要具備堅實的理論基礎，還需具備突出的專業能力和創新能力，滿足行業的快速發展和社會需求。

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

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、化學氣相淀積、物理氣相淀積、金屬化等技術的原理與方法，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。微電子技術的發展是遵循摩爾定律，快速發展變化的，雖然工程教育要求教學最新最前沿的技術，但微電子設備價格昂貴，運轉與維護費用很高，任何高校都很難不斷升級換代;而且集成電路制造技術的更新迭代主要是在摻雜技術、光刻技術、電極制造技術方面進行了技術改進，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是不現實的。基于此，結合實際教學資源情況，建設主流、典型工藝技術的工藝實驗線，并開展理論聯系實踐的實驗教學是微電子工藝實驗室建設的重點。通過實驗使學生更牢固地掌握晶體管及簡單Ic的整個工藝制造技術，學會測試晶體管重要參數，以及初步了解集成電路工藝制造過程。

黑龍江大學微電子工藝實驗室已建立數十年，之前受到設備的限制，所開設的實驗都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒有形成有機整體，學生缺乏對晶體管制作工藝流程的整體認識。經過不斷發展和學校的大量投入，目前該實驗室擁有一條微電子平面工藝線，主要的設備包括磁控濺射設備、電子束蒸發設備、CVD化學氣相淀積系統、光刻機、離子刻蝕機、擴散爐、氧化爐、超聲壓焊機、燒結爐等。這些設備保證了微電子工藝實驗能夠按晶體管制作工藝流程順序完成制作。同時實驗室配備了測試環節所必須的顯微鏡、電阻率測試儀、探針測試臺、半導體特性圖示儀等檢測儀器，通過實驗能進一步加深學生對微電子工藝制造過程的了解。實踐證明，以上實驗內容對學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和本科生畢業設計、研究生畢業設計、各類創新實驗項目等教學、科研工作。

三、實驗教學的開展

為了達到理論實踐相互支撐與關聯，通過實驗促進理論學習，筆者根據微電子專業特點，開展了微電子工藝實驗的教學改革。在原有的微電子平面工藝實驗的基礎上，建立由實驗內容的設置、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習五部分組成的教學方式，形成有效的實踐教學，加強了學生對制造技術和工藝流程的整體的認識，培養了學生對半導體器件原理研究的興趣，使學生對將來從事半導體工藝方面的研究充滿信心。

（一）實驗內容的設置

實驗內容主要包括四部分：

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

2.根據器件結構，計算機輔助軟件設計器件制作的工藝流程;

3.通過實驗室提供的儀器設備完成器件制作;

4.測試器件性能參數。

通過這樣設置，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，使學生完全參與其中。

（二）多媒體工藝視頻

為了讓學生對集成電路設計和微電子制造工藝有直觀的認識。結合實際的實驗教學過程，制作全程相關單項工藝技術、流程及設備操作視頻演示資料，同時強調工藝制作過程中安全操作和注意事項，防止危險的發生。

（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、壓焊等主要工序，為學生親自動手制作半導體器件和制造集成電路提供了一個完整的實驗條件。學生根據所學的理論知識了解器件結構、確定工藝條件、按照流程完成器件的制作。保證每名學生都參與到器件制作過程中。同時每個單項工序時間和內容采取預約制，實現開放式實驗教學。

、

（四）實驗考核方法

在實驗教學環節中，實驗考核是重要的教學質量評價手段。實驗著重對動手能力和綜合分析問題的能力及創新能力進行考核。主要考核內容包括：

1.器件工藝設計：考核設計器件制作流程的合理性;

2.工藝實驗：考核現場工藝操作是否規范，選用的工藝條件是否合理;

3.測試結果：考核制作器件的測試結果;

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）參觀學習

參觀學習有助于學生全面了解本行業國內外發展的概況及先進的設備、現代化的生產車間和工藝水平。每年帶領學生參觀中國電子科技集團公司第49研究所、海格集團等企事業單位，安排相應技術人員進行講座和交流，使學生學習到更多的寶貴經驗和實踐知識。

四、結束語

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