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(shì)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(shí)驗(yàn)條件下，將過(guò)去的傳統(tǒng)、分立實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革，建立一個(gè)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，從而使學(xué)生更牢固地掌握微電子器件及簡(jiǎn)單集成電路的整個(gè)工藝制造技術(shù)和測(cè)試方法。激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：微電子工藝;創(chuàng)新性;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、引言

微電子技術(shù)與國(guó)家科技發(fā)展密切相關(guān)，是21世紀(jì)我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)方向。在新形勢(shì)下，無(wú)論軍用還是民用方面都對(duì)微電子方向人才有強(qiáng)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(jì)、制造和相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究和開(kāi)發(fā)等方面工作的高級(jí)應(yīng)用型科技人才為目標(biāo)的。因此，要求學(xué)生不僅要具備堅(jiān)實(shí)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(huì)需求。

目前我國(guó)微電子行業(yè)中，微電子工藝研究相對(duì)于器件和集成電路設(shè)計(jì)研究工作是滯后的，處于不平衡發(fā)展?fàn)顟B(tài)，為使行業(yè)發(fā)展更均衡，需要加強(qiáng)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(jí)，導(dǎo)致在理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生理解有一定的困難，因此需要通過(guò)開(kāi)設(shè)微電子工藝實(shí)驗(yàn)課程加深和鞏固知識(shí)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(jìn)學(xué)生對(duì)微電子工藝等課程的學(xué)習(xí)。因此，微電子工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效地彌補(bǔ)理論教學(xué)的局限性和抽象性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論課的理解和提高學(xué)生的動(dòng)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(jià)格昂貴，運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)費(fèi)用很高，任何高校都很難不斷升級(jí)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(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，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(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是不現(xiàn)實(shí)的?；诖耍Y(jié)合實(shí)際教學(xué)資源情況，建設(shè)主流、典型工藝技術(shù)的工藝實(shí)驗(yàn)線，并開(kāi)展理論聯(lián)系實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是微電子工藝實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更牢固地掌握晶體管及簡(jiǎn)單Ic的整個(gè)工藝制造技術(shù)，學(xué)會(huì)測(cè)試晶體管重要參數(shù)，以及初步了解集成電路工藝制造過(guò)程。

黑龍江大學(xué)微電子工藝實(shí)驗(yàn)室已建立數(shù)十年，之前受到設(shè)備的限制，所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒(méi)有形成有機(jī)整體，學(xué)生缺乏對(duì)晶體管制作工藝流程的整體認(rèn)識(shí)。經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展和學(xué)校的大量投入，目前該實(shí)驗(yàn)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(jī)、離子刻蝕機(jī)、擴(kuò)散爐、氧化爐、超聲壓焊機(jī)、燒結(jié)爐等。這些設(shè)備保證了微電子工藝實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬淳w管制作工藝流程順序完成制作。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室配備了測(cè)試環(huán)節(jié)所必須的顯微鏡、電阻率測(cè)試儀、探針測(cè)試臺(tái)、半導(dǎo)體特性圖示儀等檢測(cè)儀器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)微電子工藝制造過(guò)程的了解。實(shí)踐證明，以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)和開(kāi)拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。該實(shí)驗(yàn)室多年來(lái)一直開(kāi)展本科生教學(xué)和本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生畢業(yè)設(shè)計(jì)、各類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等教學(xué)、科研工作。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展

為了達(dá)到理論實(shí)踐相互支撐與關(guān)聯(lián)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，筆者根據(jù)微電子專業(yè)特點(diǎn)，開(kāi)展了微電子工藝實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革。在原有的微電子平面工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置、多媒體工藝視頻、實(shí)際操作的工藝實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)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(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)制造技術(shù)和工藝流程的整體的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體器件原理研究的興趣，使學(xué)生對(duì)將來(lái)從事半導(dǎo)體工藝方面的研究充滿信心。

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置

實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)器件制作的工藝流程;

3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)室提供的儀器設(shè)備完成器件制作;

4.測(cè)試器件性能參數(shù)。

通過(guò)這樣設(shè)置，既能掌握微電子工藝的基本理論，又能通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)集成電路設(shè)計(jì)和微電子制造工藝有直觀的認(rèn)識(shí)。結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，制作全程相關(guān)單項(xiàng)工藝技術(shù)、流程及設(shè)備操作視頻演示資料，同時(shí)強(qiáng)調(diào)工藝制作過(guò)程中安全操作和注意事項(xiàng)，防止危險(xiǎn)的發(fā)生。

（三）實(shí)際操作的工藝實(shí)驗(yàn)

工藝實(shí)驗(yàn)涵蓋清洗、氧化、擴(kuò)散、光刻、制版、蒸鍍、燒結(jié)、壓焊等主要工序，為學(xué)生親自動(dòng)手制作半導(dǎo)體器件和制造集成電路提供了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)條件。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)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(guò)程中。同時(shí)每個(gè)單項(xiàng)工序時(shí)間和內(nèi)容采取預(yù)約制，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

、

（四）實(shí)驗(yàn)考核方法

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)考核是重要的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)手段。實(shí)驗(yàn)著重對(duì)動(dòng)手能力和綜合分析問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力進(jìn)行考核。主要考核內(nèi)容包括：

1.器件工藝設(shè)計(jì)：考核設(shè)計(jì)器件制作流程的合理性;

2.工藝實(shí)驗(yàn)：考核現(xiàn)場(chǎng)工藝操作是否規(guī)范，選用的工藝條件是否合理;

3.測(cè)試結(jié)果：考核制作器件的測(cè)試結(jié)果;

4.實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告：考核分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，并最終給出綜合成績(jī)。

（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(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況及先進(jìn)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(guó)電子科技集團(tuán)公司第49研究所、海格集團(tuán)等企事業(yè)單位，安排相應(yīng)技術(shù)人員進(jìn)行講座和交流，使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的寶貴經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐知識(shí)。

四、結(jié)束語(yǔ)

筆者通過(guò)微電子工藝實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革實(shí)踐，提高了學(xué)生對(duì)微電子制造工藝的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)以實(shí)驗(yàn)室目前的實(shí)驗(yàn)條件，還可以為黑龍江省內(nèi)其他高校提供微電子工藝實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地，實(shí)現(xiàn)良性資源共享。