微电子技术实训平台建设与实践探索

管图华， 黄媛媛

(南通大学 工程训练中心，江苏 南通 226019)

0 引 言

微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件上的技术，是信息技术的基础和支柱，是21世纪发展最活跃和技术增长最快的高新科技。微电子产业作为国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，是世界各国及地区经济科技竞争的战略制高点，也是聚集创新要素和投入资源最多的领域[1-3]。

1 微电子技术实训平台建设的重要性

(1) 课程体系建设的需求。作为承担工程实践教学的工程训练中心，我们从“学以致用”的人才培养理念出发，形成了服务于全校学生的以能力培养为核心，融合知识、能力、素质为一体，基于分层次、多模块、重集成的实训教学模式。微电子技术实训的课程是机电工程综合课程体系的主要组成部分，它由工程认识、工程训练、工程综合创新几个层次的教学内容所组成。

(2) 综合能力培养的需求。工程训练教学的主要目标是培养学生的工程实践能力、技术应用能力、系统设计能力和创新创业能力，而微电子技术实训是实践性教学的重要课程之一，在电子信息技术飞速发展的时代，微电子技术具有极强的渗透性和广阔的发展前景[4]，相关模块的训练可提高学生分析问题解决问题的能力，培养学生科学研究的兴趣，激发学生的创新意识。

(3) 校企顺利接轨的需求。微电子技术相关企业对环境要求非常高，通常很难大批学生到生产现场实习参观，且为了防止企业核心技术泄密，一般实习也是走马观花，或者在专业实验室用一些基本实验来代替[5]。工程训练中心以社会需求为向导，以实际工程为背景，以工程技术为主线[6-7]，建设微电子技术实训平台，具有独特的实践教学资源优势，有利于校企顺利接轨，为卓越工程师培养提供了有力保障。

2 建设目标

微电子技术实训平台主要面向理工科专业学生，是一个特色鲜明的实训教学平台，也是产学研一体化的重要体现。它基于半导体物理实验室，按照企业超净车间标准，构建微电子工艺实训平台，净化等级达到万级。实训平台的定位目标是，培养学生较高的工程素质、较强的实验技能和动手实践能力。实训平台既可以满足一般性工程认识工程训练课程教学模块的需要，又可以满足学生完成半导体物理专业课程相关的实训项目和更高层次的创新性项目需要。

3 平台构成

实训平台主要由：缓冲区、更衣室、风淋间、实训教学区、曝光区、气体间等区域构成，如图1所示。

缓冲区更衣室风淋间实训教学区曝光区气体间

图1 实训平台功能分区示意图

(1) 缓冲区。为保证实训区域内的洁净度，所有原物料进入实训教学区之前，需先在实训区外拆箱及拭净，并置于缓冲区30 min后，方可进入。

(2) 更衣室。为保证实训区域内的洁净度，保证实训过程中半导体材料不受人体产生的微粒(如皮屑和头发)污染，进入实训教学区域内的所有人员需更换防尘服，佩戴口罩和手套。防尘服采用不掉毛、防静电的纤维制成，可穿在日常衣服的外面。

(3) 风淋间。为了减少由于人员、原料物进出所带来的大量尘埃粒子，经高效过滤器过滤后的洁净气流由可旋转喷嘴从各个方向喷射至人体、原料物上，有效而迅速清除尘埃粒子。

(4) 实训教学区。为了提高实践教学的效果，该区配备了多媒体教学设备可同时进行理论教学和实践教学。

(5) 曝光区。针对实训过程有特殊要求的工艺步骤，设置了黄色光源的曝光区，可进行光刻、匀胶等工艺。

(6) 气体间。为保证实训教学区域安全，对实训过程中可能使用的气体进行单独存放。气体配有氮气、氧气、氨气、硅烷等。

4 功能分区

在器件及工艺方面，配备了氧化扩散炉、光刻机、匀胶机、刻蚀机、纯水机及烘箱等设备，用于半导体材料的氧化、扩散、光刻、刻蚀等；在材料制备及参数测试方面，配备了四探针测试仪、CVD管式炉、磁控溅射沉积系统、真空镀膜机、退火炉、等离子化学气相沉积台等设备，用于方块电阻、电阻率、膜厚测试等。如图2所示。

(1) 氧化扩散炉。半导体生产前工序的重要工艺设备之一，用于大规模集成电路、分立器件、光电器件和光导纤维等行业的扩散、氧化、退火、合金及烧结等工艺。本实训平台内采用的是水平扩散炉，有三个工艺炉管，控制系统采用的是日本岛电MR13操作系统。

(2) 光刻机。又名紫外曝光机，用于制作图形工艺，将掩模版的图形转移到表面匀胶的硅片上，或将器件、电路结构临时“复制”到硅片上。

(3) 匀胶机。半导体材料制备的基础工艺设备之一，用于在半导体材料表面均匀涂抹胶液。即在高速旋转的基片上，滴注各类胶液，利用离心力使滴在基片上的胶液均匀地涂覆在基片上，可通过调节转速及时间控制胶液的厚度。

(4) 刻蚀机。刻蚀工艺的主要设备之一，用于半导体材料表面有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜层除去，从而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。本实训平台采用湿法刻蚀机，用稀释的氢氟酸、液体氢氧化钠进行实践操作。

(5) 纯水机。制备实验室纯水的设备，采用多级滤芯进行水质净化处理，不添加化学物质的过滤、吸附、反渗透等物理方法。本实训平台的纯水机制备的水质达15兆欧，符合电子行业生产所需超纯水水质要求。

氧化扩散炉光刻机匀胶机湿法刻蚀机纯水机磁控溅射沉积系统真空镀膜机等离子化学气相沉积台

图2 实训平台部分主要仪器设备示意图

(6) 磁控溅射沉积系统。制模工艺的主要设备之一，是利用磁场与电场交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材，最终沉积在半导体材料表面，形成薄膜。本实训平台采用JGP-450型磁控溅射沉积系统。

(7) 真空镀膜机。制模工艺的主要设备之一，是利用加热使靶材表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来，最终沉积在半导体材料表面，形成薄膜。

(8) 等离子化学气相沉积台。制模工艺的主要设备之一，是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，在基片上沉积所期望的薄膜。本实训平台内主要配备氮气、氧气、硅烷等气体，主要制备氮化硅薄膜。

5 教学运行

目前，微电子技术实训课程主要涵盖了三个层次，有步骤地、系统地、全面地提高学生的实践创新能力。

(1) 工程意识的培养。初步获得微电子生产制造工艺的基础知识，了解生产过程和最新技术，初步接触微电子专业设备及系统的设计，制作过程和运行方式。该层次实训课程主要以工程背景认识、环境设备介绍为主，培养学生建立责任、质量、安全、创新、群体、社会竞争等工程意识和工程素质。

(2) 实践能力的培养。主要让学生了解整个工艺流程，做若干独立的实训项目，熟悉相关仪器设备的操作。该层次实训课程主要是在教师示范的基础上，学生通过观察，模仿操作，独立完成实训项目，培养学生的工程实践技能。

(3) 综合创新能力的培养。主要让学生面对工程实际问题，自行确定目标方案，设计产品参数，整理制作结果并进行调试分析，提交分析报告。该层次实训课程主要以扩充理论教学为基础，使学生综合利用专业知识进行自主设计实训方案，培养学生的独立操作和团队协作等综合能力。

6 共建共用，资源共享

实训平台作为实践教学和科研创新场所，投入大，技术要求高，我们通过充分论证和协商建设完成。我们与相关学院开展项目共建、资源共用、利益共享，充分利用了教学环境，避免了仪器设备的重复购置，提高了设备的使用效率。目前，实训平台一方面与学院合作开设相关专业实验实训课程；另一方面，独立开设微电子技术实训课程，并在进一步完善的基础上，寻求与企业的广泛合作。

为了充分发挥平台的作用，我们努力建设“双师型”[8-10]的教师队伍，确保教学质量。同时，我们按照生产车间的要求和标准制定了详细的管理制度和操作规程[11-15]，实行准企业化管理。

7 实施效果

通过工程实践教学创新模式的实践探索，课程教学顺利推进。目前，微电子技术实训平台每学期共承担两门课程240学时的实训教学任务，并对学生创新训练开放。课程的满意度达98%以上。通过实训课程的学习，学生可以熟悉集成电路图案转移、光刻和硅热氧化等技术工艺，并完成半导体二极管、晶体三极管和简易太阳能电池等元器件的制作与测试，使学生身临其境地体验企业生产氛围，解决了企业直接承担课程的困难和矛盾，使理论与实践得到充分结合，效果显著。

8 结 语

未来建设过程中还将围绕实训平台建立多元化学习机制、实行全方位开放使用，紧密围绕CDIO教育理念，深入研究实践教学模式，大力培养适应职业岗位需求的高技能应用型创新人才。

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·名人名言·

在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着其崎岖之路攀登的人，才有希望达到它光辉的顶点。

——马克思