应用型本科高校材料专业《微电子工艺学》课程的改革与实践＊

田 甜 刘志福 李 杨 李 莹 储耀卿 徐家跃

（上海应用技术大学 材料科学与工程学院，上海 201418）

集成电路是信息技术的产业核心，是支持经济社会发展，提升核心竞争力，涉及国家安全的重要战略性、基础性、先导性产业，是国之重器。大力发展集成电路产业，已上升到国家战略的高度，这不仅是全行业的机遇，更是重大的挑战。2014年至2020年，国务院先后发布《国家集成电路产业发展推进纲要》《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》（简称《若干政策》）等文件，从多个维度上加大对集成电路产业的支持，期望2030年集成电路产业链达到国际先进水平。此外，在“十四五”规划中，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，提到瞄准包括集成电路、人工智能、量子信息、脑科学等前沿领域。根据Gartner统计，伴随着2020年5G建设的快速发展，预计全球半导体行业2024年市场规模有望达到5727.88亿美元。而上海作为我国科技发展的前沿阵地，集成电路产业发展蓬勃，拥有中芯国际、华虹集团、日月光半导体等著名企业，形成具有国际水平集成电路生产和研发的国家微电子产业基地和产业集群。

上海应用技术大学材料物理专业面向集成电路行业培养材料类应用型人才，对接集成电路产业链，打造了由“半导体材料”“半导体器件物理基础”“微电子工艺学”“晶体生长与凝固技术”“半导体材料加工与制备”“微电子器件工艺实验”等构成的课程群。“微电子工艺学”作为其中的核心课程，面向四年级本科生开设，能更好构建并实现“知识、能力和价值”上的三维课程目标，直接与学生的培养质量和就业挂钩。该课程是一门与实际器件制备、电路设计密切相关的工艺课，但是根据企业调研结果，目前有如下问题亟待解决：第一，集成电路领域标准化程度高的先进制造业，有极强的行业规范，须让学生知道相应设备的使用标准和规范；第二，随着集成电路不断发展，企业对人才能力需求进一步提升，不仅要掌握微电子芯片制造工艺，还要对前期的芯片设计、后期的器件封装做一定的了解；第三，工艺涉及的设备、步骤等只能用多媒体展现，学生很难将其放入现实技术中加以学习，实际授课效果仍有待提升；第四，集成电路制造对环境要求极高（需要超净环境）、生产设备极其昂贵，企业实习难度大，即使用于人才培养的教学设备造价也非常高。针对上述问题，该课程自2014年开设以来，通过课程思政、引起入教、虚拟仿真等多种方式开展教学改革加以建设，本文介绍相关做法以及取得的一些成效。

一、对接芯片制造生产链，完善教学内容和大纲

《微电子工艺学》该课程是在学习了《半导体器件物理基础》课程的基础上，讲授以硅单晶或多晶为主要材料的半导体器件的工艺部分，主要包括清洗、氧化、掺杂、化学汽相淀积、金属化、光刻、刻蚀、平坦化等几个工艺，注重对半导体器件的工艺原理、工艺设备、工艺过程、工艺参数的描述及测量、产品质量检测的学习。但经过几年的授课，结合企业和学生的调研反馈结果，需要对接集成电路的产业链，企业对人才能力需求进一步提升，不仅要掌握微电子芯片制造工艺，还要对前期的半导体材料制备、芯片设计、后期的器件封装做一定的了解。因此，我们修订教学大纲，将上述内容融入教学内容。同时，我们立足于基础性、实用性、前沿性和趣味性教学，在传统工艺讲授的基础上，引入不同领域不同工艺的最新研究成果及实际应用，增加学生学习的积极性，并通过视频和动画将抽象的工艺流程动态展现给学生，增加学习的趣味性。

二、坚持立德树人为根本，思政元素融入知识内容

2016年12月，在全国高校思想政治工作会议上记强调“要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。” 教育部承接重要指示，大力推行以本为本、“课程思政”建设，上海应用技术大学积极响应开展一系列卓有成效的课程思政建设项目。本课程团队以学校获批上海市课程思政领航高校为契机，研究探讨《微电子工艺学》“课程思政建设”教学设计与实施方法，深入挖掘专业课程蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，融入课堂教学环节中，以“浸润式”教学做到“盐溶于汤”，实现思想政治教育与知识体系教育的有机结合，真正发挥教师既教书又育人的双重职责。在授课中，我们联合企业教师借助典型案例开展课程思政，比如，引入“大尺寸硅单晶”“光刻机及光刻技术”等案例激发学生爱国主义情怀；引入中国集成电路发展史，讲述黄昆先生等半导体党员先驱们的奋斗史，培养学生科技振兴中华的志向；引入企业案例进行研讨，比如“晶圆尺寸、芯片大小与实际器件之间关系”“为什么要有超净环境”等，培养学生批判质疑的科学精神和职业规范。

三、设计开发虚拟仿真资源，应对企业实践资源匮乏

虚拟仿真教学是综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互等多种信息技术的实践教学。而各种数字化资源，包括项目的设计、教学资源、学习资源、考核方式等，是信息化教学的一部分，对提升学生的实践技能具有重要的作用。面对集成电路制造全过程均是机械化操作（因为人是最大污染源），涉及的设备非常昂贵等问题，为了提高教学质量和效果，更好地培养出更多具有行业特色急需的应用型人才，我们对《微电子工艺学》开展了虚拟仿真课程建设。主要是将晶体生长、光刻等制造工艺中的重要项目，制作成 3D 虚拟仿真模式，展示设备及相关工艺的基本原理。同时，软件设有浏览模式、教学模式和考试模式，方便教师教学、学生联系和考核评价。教师在核心内容讲解和案例教学之后，每次拿出课程的一半时间，布置与讲授内容相关的练习题目，学生以小组为单位上机练习，通过参考所学案例，结合个人的知识储备，通过相互协作配合，去完成特定的题目，教师只起到辅助作用，从而实现课堂的效果。它能够实现多媒体的三维立体的交互，将看起来是虚拟的实则较为逼真的多媒体教学环境应用于课堂，给予学生身临其境的真实感受。

四、引入集成电路企业资源，延伸人才培养半径

面对微电子领域标准化程度高、对学生职业素养要求高等特点，我们联合行业企业，通过“引企入教”开展教学。从教学内容上看，由来自集成电路行业的企业家和工程师将本课程前沿的新材料、新工艺生和新设备带入课堂，加深学生对本专业的认同感。同时，充分利用企业现有的先进生产设备为教学所用，延伸人才培养半径，加深学生对企业的认同感，培养学生的就业意识，并且使学生在生产实际中检验课堂所学，培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力。此外，已建成一支学历、结构、梯队合理的高水平校企师资队伍，使青年教师在企业现场教学中得到锻炼，体现我校“双师型”教师的特色。

结语

“微电子工艺学”是我校材料物理本科专业的重要课程之一，是面向集成电路行业培养所需材料人才必修课程。在上海市重点课程、校级校企合作课程/虚拟仿真课程等建设项目资助下，该课程已持续建设四年，取得了一些较好的成效，比如，学生进入中芯国际、华虹集团等集成电路行业大型企业就业人数逐年攀升；形成了可推广成果，并作为核心课程素材获得中国化工教育协会优秀教学成果二等奖。未来，该课程在线上线下教学模式改革、版图设计技能开发等方面仍然有进一步提升空间。随着该课程进一步建设和不断完善，不仅有助于我校成为集成电路行业人才培养基地，还对推动我国集成电路领域发展有重要意义。