教研资源共享的“微电子工艺实验”改革

廖　荣

(华南理工大学　电子与信息学院，广州　510641)



教研资源共享的“微电子工艺实验”改革

廖荣

(华南理工大学电子与信息学院，广州510641)

摘要为了加强学生对微电子制造过程的感性认识和对学科特点的认知，在原有的微电子平面工艺实验的基础上，对“微电子工艺实验”教学模式进行改革，引入氧化锌基薄膜场效应晶体管工艺制造技术及半导体测试分析实验，使教学与科研资源共享，建立了由教学内容的准备、多媒体教学、实际动手流片、完善有效的实验考核方案四部分组成的教学方式，激发了同学们学习的热情，取得了较好的教学效果。

关键词微电子工艺实验；薄膜场效应晶体管；教学改革；流水实验

微电子工艺实验是工科院校为电子科学与技术专业本科生开设的实践教学必修课程，主要任务是在半导体器件和集成电路课程设计的基础上，通过在超净工艺线上进行器件和电路芯片的工艺设计和流片实践，学生自己动手制造出具备一定功能的微电子器件，并对其进行测试验证[1]。随着微电子学专业自身的飞速发展，要求我们要有新的教学理念、新的教学模式，以适应微电子学专业培养目标和社会需求[2]。因此，我们力争在原有的微电子平面工艺实验的基础上，使教学与科研资源共享，引入目前行业较先进实用的专业课题组开发的氧化锌基薄膜场效应晶体管(ZnO-Thin Film Transistor，ZnO-TFT)工艺制造技术及半导体测试分析实验，将原来独立的几个实验教学环节整合成相互关联的基于教学与科研资源共享的“微电子工艺实验”课程与实践教学体系[3]。

1课程现状分析

本校微电子方向有几十年的发展积淀，本校微电子工艺实验室建立的一条微电子平面工艺线，已有数十年，多年来一直用于为本科生开设工艺实验。从历年微电子专业学生在实验总结中对生产实验的评价来看，学生普遍认为“在工艺实验中，自己动手制作出晶体管，了解了微电子产品的整个生产过程，学到了书本上学不到的东西，提高了对实际问题的分析与解决能力，对微电子业也有所了解，这一实验很有意义”。但由于受到教学经费、办学成本的限制，设备较陈旧、落后，故障率高等影响，各个实验独立进行，学生也把平面工艺实验当作3个独立的实验来做，报告格式、内容与传统实验报告大同小异。本来平面工艺实验是一个有机的整体，每一个实验都是为了制造出一个参数合格晶体管，每一步工艺条件的变化均影响整体的实验结果。现状是人为地割裂成单个独立实验，而且工艺技术相对落后。

2课程改革目标

我们力求建立—个具有以下特色的创新型实验教学体系。1)通过本实践教学环节，使学生具有较强的半导体器件生产实践和设计开发能力，进一步掌握和加深微电子技术领域相关理论知识和实践经验，培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力，培养学生认真刻苦、思维缜密和自主创新的科学精神[4]。2)深化实验教学改革，优化课程结构，更新实验教学内容，增加综合性、设计性实验项目。3)开放式组织实验教学，形成科学、规范的实验教学方法，培养与提高学生的科学实验素质和创新能力[5]。

3教改后课程的特色及具体组织

我们采用新的微电子工艺实验教学模式，即工艺实验教学由教学内容的准备、工艺录像(网络平台)学习、实际操作的工艺实验和有效的实验考核方案组成，积极开展实验技术、内容、方法和手段的研究与探索，不断推动微电子实验教学的改革与创新，积极探索将微电子器件的设计、验证、分析、制造、测试等有机结合起来的“一条龙”式实验教学体系，使微电子的各个实验教学环节前后贯通，相互衔接，进一步提升实验教学的综合性和系统性[6]。

3.1教学内容的准备

本专业创建于1958年，专业办学历史悠久，是全国高校最早设立半导体专业的六所高校之一。实验室已有几十年的历史，1969—1973年建立了广东省首条硅平面工艺生产线，在这条线上，为广东省乃至中南地区做出了许多个第一，如研制出并且小批量生产了高频和超高频平面晶体管和开关管等。本专业实验室教师与企业合作，研制成功了当时广东省第一块ECL集成电路，并获全国科学大会奖。微电子超净微电子工艺线经过近些年“985”建设资金的投入，已具有微电子器件成套工艺生产线的设备，如 “扩散工艺实验装置”“高纯水机”“真空镀膜机”及“探针台”“光刻机”“硅片清洗槽”“金丝球超声压焊机”“美国Millipore超纯水机”“磁控溅射设备”“原子层沉积设备”“4156安捷伦半导体参数测试仪”“4184安捷伦C-V测试仪”等。有教研水平高的教师及实践经验丰富的实验技术人员和实验指导教师，实验室若干年来一直承担本专业主要必修课“现代集成电路制造技术”“半导体器件”的配套实验课程“微电子工艺实验”，用于本科生生产实习在国内是独树一帜的。实验教师平时注重加强机器调试维修保养，确保能正常实验。

为实现实验项目改进及优化实验项目要求，适应CMOS在集成电路行业中发展最快也是应用最广泛技术的发展形势，在现有NPN晶体管制作工艺实验基础上，增设氧化锌基薄膜场效应晶体管(ZnO-TFT)的设计及工艺技术实验，从而进一步加强设计性、研究性实验的建设。并独立流片实践，及半导体参数测试分析。

3.2实际操作的工艺实验

这门课程的实践性很强，涵盖硅片清洗、氧化、硼扩散、磷扩散、真空镀膜、高真空磁控溅射、光刻、原子层沉积等主要工序，为学生亲自动手制作半导体器件和集成电路制造提供了一个良好的封闭、完整的设计实验条件。把晶体管制作划分为6个关键工序。因此，学生自制晶体管也分为6个组，要求每个组负责一个关键工序：确定工艺条件、进行工艺操作、解决出现的问题、记录工艺现象、条件、参数等。这样尽管学生人数较多，也能保证每名学生都参与到自制晶体管和相关的生产管理过程中来[7]。积极推行开放式实验教学，首先是实验时间的开放，学生可以在课外时间预约实验；其次是实验内容的开放，学生可以预约做其中某一个实验[8]。有兴趣学生还可参加由教师指导的各类学生科研项目，比如，国家级大学生创新创业训练计划、广东省大学生创新实验项目、百步梯攀登计划、华南理工大学学生研究计划、华南理工大学第一批“探索性实验”——太阳能电池的制备工艺实验等项目。

在进行到关键步骤时，教师提出问题让学生进行思考可以加深对知识的理解，例如，光刻坚膜时，教师提出为什么要坚膜这一问题，同学们通过对知识的回顾以及思考，得出坚膜能防止腐蚀液渗入而影响腐蚀区域扩大的结论，整个问答过程，学习气氛非常浓厚，引起了同学对一些细节的理解，激发了同学们学习的热情，踊跃发问，更是活跃了学习气氛。整个实验内容生动精彩，加深了学生对本专业的理解，学生反映受益良多。

3.3工艺录像(网络平台)学习

我们在分析了传统的微电子工艺实践教学存在的不足基础上，还构建了微电子工艺实践教学网络平台。该网络教学平台包括课程信息、研究型教学、网络自主学习等功能模块。网络教学平台能帮助学生全面地掌握微电子工艺实践教学内容，有效地实现了教师的主导作用与学生主体作用的最佳组合，提高了课程的教学质量与效益[9]。

3.4完善有效的实验考核方案

在实验教学环节中，实验考核是重要的教学质量评价手段，也是实验教学改革的重要内容之一。实验考核注重激发学生实验兴趣，提高学生科学思维和敢于创新的积极性，鼓励创新，提倡科学严谨。为此，精减了学生实验报告内容，把动手能力和综合分析问题的能力及创新能力作为主要考核内容。工艺实验的考核采用现场工艺操作、实验结果和实验报告相结合的办法，给出成绩[10]。

4结束语

虽然工艺实验时间不长，所认识到的也只是整个微电子制造科学的冰山一角，但学生对微电子制造过程的感性认识和学科特点的认知有了很大的提高，同时亦加强了学生们的实验能力和工程实践能力，加深了对理论知识的理解，提高了对微电子学科的兴趣，为以后的学习和工作打下了一定的学科基础。克服了实验教学条件的限制，让学生将所学知识和生产实际紧密结合。实现了老师和学生之间的良好互动，将课堂上学习和课下学习有机结合起来，弥补了课堂教学的不足，充分考虑了实践课与理论课的有机结合。从学生递交的总结报告来看，这次微电子工艺实践教学效果很好，学生们普遍认为：提高了动手能力，学会了分析、解决问题的方法，更重要的是培养了团队意识和团队合作能力，对今后的学习与工作都有较大帮助。通过对实验课内容及实践教学进行整合更新，实践教学体系的探索取得了明显的成效，学生对专业的信心和就业优势明显增强[11]，本微电子实验室也成为华南理工大学电气信息及控制国家级实验教学示范中心的实验教学分室，成为电子科学与技术专业(广东省名牌专业、重点学科)本科教学及硕士生、博士生重要的科研实验基地。近几年，毕业生一直保持高就业率，特别是学生在外资、合资微电子企业受欢迎度大大增加。只要我们坚持不懈努力，积极投身实践体系的改革，是可以提高专业教学质量、提高学生的实际工作能力和专业素质、培养有竞争力的人才[12]。

参 考 文 献

[1]张瑞，姚凌江，吴向文．运用混合式立体化教学模式培养应用型创新人才[J].现代教育技术，2010，20 (1)：77-81．

[2]王蔚，田丽，付强．微电子工艺课/实验/生产实习的整合研究[J].中国现代教育装备，2012，159(23)：47-49．

[3]梁齐，杨明武，刘声雷，等．微电子工艺实验教学模式探索[J].实验室科学，2008，2(1)：41-42．

[4]邓小川．微电子工艺课程中TCAD技术应用的教学探讨[J].中国科教创新导刊，2011(7)：172-173．

[5]陈伟元，吴清鑫，吴尘，等．高职微电子技术专业实验室的构建[J].实验室研究与探索，2012，31(7)：227-229．

[6]梁海莲，赵琳娜．开放式微电子专业实验课程改革与探索[J].中国电力教育，2013，279(20)：92-93．

[7]孙一翎，张艳．非重点院校微电子学专业实验室建设[J].电气电子教学学报，2007(10) ：99-100．

[8]田建立．应用型本科院校实验教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2008，68(10)：102-104．

[9]朱红，周竞学．构建适合创新人才培养的实践教学环境[J].实验技术与管理，2006，23(9)：19-20.

[10]苏文平，薛永毅．加强实践教学培养应用型人才[J].实验技术与管理，2006，23(11)：121-124.

[11]张瑞．微电子工艺混合式立体化教学研究与实践[D].长沙：湖南大学，2010．

[12]张儒．高校微电子技术教学与生产实践的结合[J].新课程研究，2012，279(12)：117-118.

收稿日期:2015-02-02；修改日期: 2015-03-12

基金项目：2013年华南理工大学教研教改项目(x2dx-Y1130010)；华南理工大学第一批“探索性实验”教学项目(x2dx-Y1140610)。

作者简介：廖荣(1970- )，男，博士，工程师，主要从事微电子器件方面的实验教学与研究。

中图分类号G642

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.031

“Microelectronic Technology Experiment”Reform Based on the Teaching and Scientific Research Shared Resources

LIAO Rong

(School of Electronic and Information Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China)

AbstractBased on Microelectronics planar process experiment of the original，the“Microelectronic technology experiment”teaching mode is reformed.Introducing the ZnO-thin film field-effect transistor manufacturing technology and semiconductor test analysis experiment，the teaching and research resources were shared.We established a new teaching pattern consisting of teaching content preparation，multimedia teaching，hand on transistor processing and effective experiment appraisal scheme.These four measures successfully arouse students’ enthusiasm for learning，and achieved good teaching effect.

Key wordsexperiment of microelectronic technology;thin film field-effect transistor;teaching reform;flow process experiment