《集成电路制造工艺》课程教学实践探讨

张新安，成 强

（河南大学 物理与电子学院，河南 开封 475004）

以集成电路为主的半导体产业是现代制造业的核心和基础，对经济建设、社会发展乃至国家安全具有重要的战略地位，高性能集成电路芯片的制造成为当今世界竞争最激烈、发展最迅速的前沿领域之一.随着我国经济的快速发展，对集成电路制造方面的人才需求大幅增加.

《集成电路制造工艺》主要讲述以硅为基础的集成电路的制造工艺及工艺原理.通过本课程的学习，学生应该掌握一定工艺设计、分析以及解决工艺问题的能力，使学生对集成电路制造的关键工艺及其原理有较为完整和系统的概念.该课程涉及到的知识面广，较为抽象，理论性和实践性都较强.所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践，提高教学质量.如何利用多种可能的资源开展工艺实验的教学、加强科学实验能力和实际工作能力的培养，是教师所面临的紧迫问题.

1 科学安排教学内容

1.1 核心教学内容

本课程的目的是使学生掌握集成电路制造过程中工艺方法和原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定的工艺设计、分析及解决实际工艺问题的能力.其基本内容包括硅衬底的制备、扩散工艺、离子注入、薄膜制备技术（包括外延、化学气相淀积及物理气相淀积）、光刻技术、蚀刻工艺、键合与封装技术和工艺集成技术[1].由于该课程学时数有限，有些教材中出现的半导体材料物理特性、超净技术和工艺中的化学药品等内容可以让学生课后阅读，不应作为本课程的核心内容.另一方面，由于教材侧重技术介绍，在工艺原理方面涉及甚少，因此有必要补充关键工艺的物理基础和原理，所以任课教师需要广泛查阅相关资料，对教材内容作必要和有益的补充.

1.2 教学内容次序

《集成电路制造工艺》的章节次序是按照制造工艺中的不同步骤分章进行的.这样学生在学习每章之前如果不能全面把握半导体制造的系统流程，那么学起来就会感到支离破碎、缺乏逻辑，就很难掌握各部分在集成电路制造工艺过程中的作用，会觉得非常枯燥、难以理解.因此，在第一课时，就需要给学生们建立起来集成电路制造的系统流程概念.比如在第一节课时，采用流程图将集成电路整体制备工艺做系统介绍，并指出每一步主要采用的工艺名称及其基本概念，使学生先对后续每章内容如掺杂、氧化、光刻、薄膜制备等有一个基本概念.掌握其功能和基本用途，不至于在后面讲到这些章节的时候觉得孤立不了解其在半导体制造技术中的地位.然后逐章详细讲解怎么样实现掺杂，掺杂的分类等.这样整本书或者说整个集成电路制造工艺过程就非常清晰，不但整体的过程清晰明了，每个工艺与整个半导体之间的关联也非常清楚.

2 灵活多样的教学方式

2.1 多媒体教学与传统教学方式结合

在集成电路制造工艺课程教学中可以采用传统板书教学、多媒体教学和录像教学等多种方式.灵活多样的教学方式是其教学内容特点的要求.多媒体教学是现今已广泛使用的一种教学手段，因为在集成电路制造工艺课程中有大量的工艺流程和工艺实施后的硅片剖面图需要展示，只有通过多媒体才能给学生以直观、清楚的认识.如果不采用多媒体的教学，大量结构剖面图、各种微精细加工过程和设备图等，如果完全依赖老师的板书，教学内容和效果将大打折扣.而多媒体教学图文并茂、信息量大，达到事半功倍的效果.但教学实践发现，在一些公式较多的场合采用单一的多媒体教学的效果并不理想.比如在讲解硅的热氧化生长动力学、扩散系数和扩散方程等内容时[2]，虽然多媒体课件的信息容量大，但公式推导的衔接不方便，学生接受和理解较为困难，课堂教学效果并不好.因此，在进行理论推导部分的教学时，就应以传统的交互式方法为主，而把多媒体技术则作为辅助手段.一般说来，对于公式的推导和例题的讲解，采用板书的方式有助于使过程条理化，前后呼应，若再辅以启发式提问来调动学生参与课堂教学活动，就能收到较好的教学效果.

2.2 录像教学

集成电路的制造工艺流程十分复杂，录像教学可以系统全面地展示了集成电路制造工艺过程.在教学中给学生播放国内及国际知名半导体公司的工艺录像，有助于学生深入学习、研究先进的集成电路制造技术，使一些抽象的概念和理论形象直观，易于讲解，同时可以使学生对实际生产过程有一个直观的认识.利用这些课程资源大大加强了该课程理论教学的直观性和临场感，提高了教学效果.

3 加强实践能力的培养

实践性教学环节承担着培养学生综合素质、工程意识、创新意识、动手能力和科研能力的重要任务，它是高等院校教书育人这一中心工作不可缺少的重要组成部分.

3.1 通过软件模拟实验教学

随着半导体器件理论知识、数值模拟技术的发展及计算机性能的不断提高.采用高性能计算机为平台，以半导体器件模型为基础，利用数值模拟技术进行集成电路制造工艺的仿真技术得到了广泛的应用.针对常用的工艺模拟软件，可以开设了多个实验训练，比如利用工艺模拟结果可以清楚地显示氧化层的生长过程、离子注入过程的杂质分布情况或者薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化等.可使学生身临其境地对所学的基本工艺进行简单的模拟.学生可采用这些软件先对单项工艺进行设计，然后结合具体器件的实际工艺流程，对整个器件前后道工艺之间的相互联系进行模拟分析，进而全面了解半导体器件制造流程及其各项工艺之间的相互影响.这些实验过程弥补传统实验教学的不足，提高了实践教学效果.

3.2 开设实验课程

集成电路的制造设备价格昂贵、对环境条件要求苛刻、运转维护费用大，国内多数高校不具备工艺线.但是随着国家科研经费的增加，多数高校购置了一些与集成电路制造工艺相关的科研设备，如：高温退火设备、磁控溅射、热蒸发镀膜、化学气相沉积以及简单的紫外光刻设备等.可以利用这些科研资源为本科生开设最基本的半导体平面工艺实验.可以实现氧化、薄膜制备、电极制备、光刻和湿法刻蚀等工艺.通过实践环节的训练，可以培养学生的动手能力，可使他们加深对制造工艺的理解和认识.

3.3 参观实习

必须与相关半导体研究单位及制造公司进行了密切的校企合作，创造条件开拓实习渠道、培养合格人才.参观企业使学生对集成电路的生产场地以及超净环境要求更具感性和深刻的认识.通过技术人员对相关的工艺环境、设备、技术和工艺流程的讲解及操作演示，使学生对集成电路制造流程、制造工艺过程以及测试封装的理解更加系统和全面.

〔1〕关旭东.硅集成电路工艺基础[M].北京：北京大学出版社,2008.

〔2〕李惠军.现代集成电路制造技术原理与实践[M].北京:电子工业出版社，2009.