新形势下微电子工艺实验教学改革研究

刘红梅 王璐 艾春鹏 孙风云 鞠鑫

摘要：文章探讨了在新工科建设的新形势下，如何突出黑龙江大学微电子专业微电子器件方向的特色，在现有的微电子工艺实验条件下，将过去的传统、分立实验进行改革，建立一个创新型实验教学体系，从而使学生更牢固地掌握微电子器件及简单集成电路的整个工艺制造技术和测试方法。激发学生主动参与，突出创新能力的培养，创造良好的实验平台。

关键词：微电子工艺;创新性;实验教学

一、引言

微电子技术与国家科技发展密切相关，是21世纪我国重点发展的技术方向。在新形势下，无论军用还是民用方面都对微电子方向人才有强烈需求。高校微电子专业是以培养能在微电子学领域内，从事半导体器件、集成电路设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究和开发等方面工作的高级应用型科技人才为目标的。因此，要求学生不仅要具备坚实的理论基础，还需具备突出的专业能力和创新能力，满足行业的快速发展和社会需求。

目前我国微电子行业中，微电子工艺研究相对于器件和集成电路设计研究工作是滞后的，处于不平衡发展状态，为使行业发展更均衡，需要加强微电子工艺人才的培养。微电子工艺是微电子专业中非常重要的专业课，主要研究微电子器件与集成电路制造工艺原理与技术。微电子器件与集成电路尺寸都是在微米甚至纳米量级，导致在理论学习过程中，学生理解有一定的困难，因此需要通过开设微电子工艺实验课程加深和巩固知识内容，使学生更加直接地接触微电子行业核心技术，了解半导体器件、集成电路生产制造加工的技术方法，从而促进学生对微电子工艺等课程的学习。因此，微电子工艺实验教学可以有效地弥补理论教学的局限性和抽象性，促进学生对理论课的理解和提高学生的动手能力。

二、课程分析

微电子工艺课程要求掌握制造集成电路所涉及的外延、氧化、掺杂、光刻、刻蚀、化学气相淀积、物理气相淀积、金属化等技术的原理与方法，熟悉双极型和M0s集成电路的制造工艺流程，了解集成电路的新工艺和新技术。微电子技术的发展是遵循摩尔定律，快速发展变化的，虽然工程教育要求教学最新最前沿的技术，但微电子设备价格昂贵，运转与维护费用很高，任何高校都很难不断升级换代;而且集成电路制造技术的更新迭代主要是在掺杂技术、光刻技术、电极制造技术方面进行了技术改进，在其他方面还都是相似的，因此，在高校中单纯追求工艺先进的实验教学是不现实的。基于此，结合实际教学资源情况，建设主流、典型工艺技术的工艺实验线，并开展理论联系实践的实验教学是微电子工艺实验室建设的重点。通过实验使学生更牢固地掌握晶体管及简单Ic的整个工艺制造技术，学会测试晶体管重要参数，以及初步了解集成电路工艺制造过程。

黑龙江大学微电子工艺实验室已建立数十年，之前受到设备的限制，所开设的实验都是分立的，不能完全按工艺流程完成器件的制作，没有形成有机整体，学生缺乏对晶体管制作工艺流程的整体认识。经过不断发展和学校的大量投入，目前该实验室拥有一条微电子平面工艺线，主要的设备包括磁控溅射设备、电子束蒸发设备、CVD化学气相淀积系统、光刻机、离子刻蚀机、扩散炉、氧化炉、超声压焊机、烧结炉等。这些设备保证了微电子工艺实验能够按晶体管制作工艺流程顺序完成制作。同时实验室配备了测试环节所必须的显微镜、电阻率测试仪、探针测试台、半导体特性图示仪等检测仪器，通过实验能进一步加深学生对微电子工艺制造过程的了解。实践证明，以上实验内容对学生掌握知识和开拓视野起到十分重要的作用，效果显著。该实验室多年来一直开展本科生教学和本科生毕业设计、研究生毕业设计、各类创新实验项目等教学、科研工作。

三、实验教学的开展

为了达到理论实践相互支撑与关联，通过实验促进理论学习，笔者根据微电子专业特点，开展了微电子工艺实验的教学改革。在原有的微电子平面工艺实验的基础上，建立由实验内容的设置、多媒体工艺视频、实际操作的工艺实验、实验考核方法和参观学习五部分组成的教学方式，形成有效的实践教学，加强了学生对制造技术和工艺流程的整体的认识，培养了学生对半导体器件原理研究的兴趣，使学生对将来从事半导体工艺方面的研究充满信心。

（一）实验内容的设置

实验内容主要包括四部分：

1.教师提供给学生难易不同的器件结构（二极管、三极管、MOS管等），学生可以自主选择;

2.根据器件结构，计算机辅助软件设计器件制作的工艺流程;

3.通过实验室提供的仪器设备完成器件制作;

4.测试器件性能参数。

通过这样设置，既能掌握微电子工艺的基本理论，又能通过实验分析完善工艺参数，使学生完全参与其中。

（二）多媒体工艺视频

为了让学生对集成电路设计和微电子制造工艺有直观的认识。结合实际的实验教学过程，制作全程相关单项工艺技术、流程及设备操作视频演示资料，同时强调工艺制作过程中安全操作和注意事项，防止危险的发生。

（三）实际操作的工艺实验

工艺实验涵盖清洗、氧化、扩散、光刻、制版、蒸镀、烧结、压焊等主要工序，为学生亲自动手制作半导体器件和制造集成电路提供了一个完整的实验条件。学生根据所学的理论知识了解器件结构、确定工艺条件、按照流程完成器件的制作。保证每名学生都参与到器件制作过程中。同时每个单项工序时间和内容采取预约制，实现开放式实验教学。

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（四）实验考核方法

在实验教学环节中，实验考核是重要的教学质量评价手段。实验着重对动手能力和综合分析问题的能力及创新能力进行考核。主要考核内容包括：

1.器件工艺设计：考核设计器件制作流程的合理性;

2.工艺实验：考核现场工艺操作是否规范，选用的工艺条件是否合理;

3.测试结果：考核制作器件的测试结果;

4.实验分析报告：考核分析问题和解决问题能力，并最终给出综合成绩。

（五）参观学习

参观学习有助于学生全面了解本行业国内外发展的概况及先进的设备、现代化的生产车间和工艺水平。每年带领学生参观中国电子科技集团公司第49研究所、海格集团等企事业单位，安排相应技术人员进行讲座和交流，使学生学习到更多的宝贵经验和实践知识。

四、结束语

笔者通过微电子工艺实验的教学改革实践，提高了学生对微电子制造工艺的认识，加深了对理論知识的理解，加强了学生实验实践能力，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。同时以实验室目前的实验条件，还可以为黑龙江省内其他高校提供微电子工艺实验实习基地，实现良性资源共享。