微电子工艺学课程教学方式改革探究

谢海情 刘刚 唐俊龙

摘  要 微电子工艺学对于半导体领域的发展起到至关重要的作用。通过本课程的学习，了解和掌握半导体材料制备技术、微电子器件与集成电路制造工艺原理与技术，为微电子器件和集成电路的设计和制造奠定基础。从教学手段、实践能力和考核方法三个方面对课程教学进行改革，增加学生学习兴趣，提高教学质量。

关键词 微电子工艺学;教学改革;仿真实验;多媒体

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）06-0092-03

Research on Teaching Method Reform of Microelectronics Technology//XIE Haiqing， LIU Gang， TANG Junlong

Abstract Microelectronics Technology plays an important role in the development of the semiconductor field. Through the study of this course， understand and master the semiconductor material prepara-tion technology， microelectronic device and integrated circuit manufacturing process principles and technologies， and lay the foundation for the design and manufacture of microelectronic devices and inte-grated circuits. This article reforms the curriculum teaching from three aspects of teaching methods， practical ability and assessment methods， to increase students’ interest in learning and improve tea-ching effects.

Key words microelectronics technology; teaching reform; simula-tion experiment; multimedia

0 引言

縱观人类文明发展历程，不难发现人类生活水平的提高和生活方式的转变与科技发展有着密切联系。随着信息时代的到来，集成电路的迅猛发展推动了科技的进步[1]，而在微电子器件和集成电路设计制造过程中形成的微电子工艺学更是集成电路制备的关键，成为研究的热点。我国的集成电路产业发展较晚，为了扭转我国集成电路产业当前的不利地位，国家在集成电路产业投入大量的人力、物力资源，以加速我国集成电路产业的发展。而微电子工艺学也成为诸多高校微电子学科必开的课程之一，致力于培养集成电路工艺人才[2]。为了提高学生对微电子工艺知识的掌握，本文针对微电子工艺学教学中存在的问题，探索对微电子工艺学教学方法进行改革[3]。

1 教学现状和主要问题

教学手段单一  大部分有条件的高校都在教室中安装多媒体，希望利用多媒体的灵活性和多样性来丰富教学内容。然而，微电子工艺学这门学科注重的是对集成电路制造工艺流程的解析，通过单独分析氧化、离子注入、光刻等工艺流程，让学生充分理解集成电路的工艺原理，以培养学生对集成电路制造工艺进行分析和设计的能力，但是大部分采用放映PPT教学，形式单一。虽然PPT相对于传统的板书教学更加灵活多样，但是其本质也只是把纸质课本换成电子课本，不利于提高学生在课堂上的积极性和创造性，更无法将所学知识与实际相联系。面对复杂、繁多甚至是三维立体的工艺流程[4]，仅凭PPT一种教学手段不能满足微电子工艺学的教学要求，无法给予学生更客观与立体的认识，使学生形成完整和系统的概念。

另外，根据以往的教学经验，教材更多的是对技术的介绍，涉及工艺原理较少，比如教材对扩散掺杂工艺只作了简单描述，对其原理的介绍少之又少，导致学生无法更好地去掌握关键工艺的原理和物理基础。此外，教学过程中也缺乏因材施教，没有让学生更好地抓住侧重点，也没有使学生养成自主查阅文献的好习惯，失去更好地了解前沿知识的机会。

缺少对学生独立思考能力的培养  我国教育长期以来的一个不足就是缺乏对学生独立思考的学习能力的培养。在传统教学工作中，教师教学更多是以《微电子工艺学》教材内容为主，向学生传授理论知识，注重整个微电子工艺知识构架的培养。在传统应试教育的培养下，大多数学生只会被动地跟着教师的观点走，跟着书本的观点走，一方面是教师忽视了对学生思维方法的培养，另一方面是学生已经习惯了慢慢灌输，不去发现问题、解决问题，仅仅接受教师的观点。在这种教学模式下，教师就要求学生死记硬背以教材为准的教学内容，而对一些新颖美妙的构思往往不仅不给予鼓励，反而常常认为是异想天开，久而久之，学生的创新性思维也逐渐消磨殆尽。而微电子工艺学课程有着知识点广、跨越性强的特点，如果只是让学生被动地学习知识，不仅会使学习效率低下，而且学到的知识不进行深度思考，就无法真正理解微电子工艺学的知识体系。另外，在课堂教学中，部分教师存在对学生发展认同不够、组织教学能力不够、互助意识淡薄、责任心不强等问题，如果只是简单地把知识灌输给学生，就会更加让学生丧失学习的主动性。随着信息科技的发展，人们重复性的体脑力活动正在日益递减，从而有更多时间去运用创造性思维，然而深受灌输式教学方式及部分教师教学能力不够的影响，大大限制了学生独立学习思考能力的培养。

考核方式脱离实际  现今微电子工艺学课程考核方式以权重高的期末笔试为主，由授课教师亲自出题，重点考查工艺中的氧化、淀积、扩散、光刻和集成电路生产流程，学生总成绩主要由平时成绩（考勤、作业）和期末考试成绩按一定比例决定[5-7]。这种以期末考试为主的形式单一的考核方式存在许多弊端，学生一旦发挥失常，无法体现真实水平。另外，最终考核的内容更加偏重的是理论知识，而其实更应该注重的设计和分析集成电路工艺的能力却被忽视，学生只是理解概念性的知识，简单了解集成电路的工艺流程，并不知道工艺的具体操作流程和注意事项，无法培养分析工艺问题、解决工艺问题、提高良品率的能力。

2 教学改革的几点建议

丰富教学手段  随着社会的不断进步，半导体领域技术发展越来越快，而教材更新显然跟不上技术发展的速度。因此，教师除了依托教材向学生介绍半导体制造工艺的基本概念和微电子工艺学技术方面的内容外，还需对现今教材中涉及很少的离子注入的原理以及氧化过程中杂质对器件特性的影响进一步加以补充说明。此外，教师必须加强对相关专业知识的涉猎与积累，任何技术的发展与进步都离不开知识的交流与碰撞。在微电子工艺学课堂教学过程中会涉及复杂的工艺制造过程，而仅仅利用PPT是完全不够的，无法让学生有直观清晰的认识。因此，在课程教学中可以通过增加一些动态的或者是芯片生产过程中的三维立体工艺流程等多媒体视频，向学生讲解工艺制造过程，充分引起学生的兴趣，调动学生的积极性。

与传统的课堂教学模式相比，加入多媒体动画视频，可以更加生动形象地向学生讲解枯燥的理论知识，让学生更加简单明了地理解知识。此外，对于复杂的工艺流程内容，视觉冲击力更强的多媒体视频也能帮助教师在教学过程中突出教学重点，起到事半功倍的效果。多媒体教学的运用也可以很好地解决微电子工艺学内容多、课时少的现象，让学生在短暂的课堂教学时间内掌握更多的知识，提高教学效率。同时，在课外可以让学生对集成电路大生产中的新工艺技术现状进行调研，了解微电子工艺前沿动态和我国集成电路产业自给率不足的现状，既可以锻炼学生亲自动手查阅整理相关资料的能力，也延伸了课堂时间。当前新器件、新工艺、新材料不断涌现，为集成电路的发展带来新的挑战和机遇，而微电子工艺是集成电路的一个重要组成部分，只有充分了解这门学科的重要性，才会提高学生的学习主动性，有效改善教学效果。

实践创新能力的培养  根据微电子工艺学课程的实际需要，将理论教学与实践相结合。在培养学生实际应用能力的过程中增加相关课程设计的实验，利用ISE TCAD和TSUPREM-4两大工艺仿真软件进行仿真实验，如根据给出的工艺条件设计mos管，给出仿真结果，最后以报告的形式进行提交。每一组实验还可以让学生制作PPT给大家讲解答辩，增强学生之间的协作，在答辩过程中提出问题进行讨论，更能在今后的学习中学会分析处理问题。这样不仅可以丰富工艺实验教学的内容，而且能够让学生明确了解半导体工艺的制造流程，从氧化、淀积、外延、光刻、离子注入等步骤，把工艺的流程具体化，通过软件实现一个器件的具体模型，并对其特性进行仿真，真正从根本上了解器件的工作原理。这种教学模式锻炼了学生的动手能力，也让学生掌握了分析处理问题的方法，提高了学生的创造力和学习积极性。更重要的是，学生在亲自动手实验的过程中利用微电子工艺知识使用ISE TCAD和TSUPREM-4等工艺仿真软件进行仿真实际操作，巩固了知识理论，更为以后的科研和工作打下坚实基础。

改善传统的考核方式  传统的微电子工艺学课程考核过程以课堂表现与期末成绩为主，只注重学生对理论知识的掌握。为了改善这个状况，微电子工艺学课程的成绩应该以前沿调研报告、理论考试和课程设计三部分组成。教师需要提出一些合适的器件结构，让学生以小组为单位选取，并在规定的时间内完成该器件的仿真、工艺设计等流程，最后进行考核。学生需要现场进行仿真演示，教师根据器件的设计、仿真完成度进行评分。微电子工艺课程成绩由这三部分成绩组合而成，这样可以全面考查学生的基础知识、分析问题以及解决问题的能力，达到微电子工艺学的教学要求。

3 结语

微电子工艺学是电子科学与技术本科专业的重要课程之一，改革微电子工艺学课程教学，提高教学质量，对推动我国半导体领域发展具有深远意义。它的改革不是一蹴而就的，一方面需要丰富教学手段，提高学生的学习主动性;另一方面要培养学生的实践创新能力。唯有双管齐下，才能够实现提高课程教学质量的目标，培养出满足时代要求、具有较高创新能力的应用型人才。

参考文献

[1]张倩.集成电路产业的发展现状与趋势研究[J].集成电路应用，2019（9）：1-3.

[2]肖丙刚，王秀敏，赵吉祥.研究性教学在“微电子学导论”课程中的探索与实践[J].中国电力教育，2009（19）：71-72.

[3]李书艳，赵旺，刘超.“微电子工艺”课堂教学方法的改革[J].教育教學论坛，2016（49）：212-213.

[4]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：《微电子工艺》课程教学的改革与实践[J].现代教育技术，2010（1）：77-81.

[5]罗小蓉，张波，李肇基.《微电子工艺》的理论教学与学生实践能力培养[J].实验科学与技术，2007（1）：77-79.

[6]樊路嘉，陈德英.微电子专业生产实习课程的改革与实践[J].实验室研究与探索，2002（5）：138-140.

[7]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（23）：47-49.

*基金项目：2019年度湖南省普通高等学校教学改革研究项目“电子信息类专业本科生创新能力培养模式探索与实践”（项目编号：2019-257）;2019年长沙理工大学学位与研究生教育改革研究项目“产学研模式下的集成电路方向研究生培养机制研究与实践”（项目编号：JG2019YB20）。

作者：谢海情，长沙理工大学物理与电子科学学院，副教授，研究方向为微光电子器件与系统集成和专用集成电路设计;刘刚，长沙理工大学物理与电子科学学院，研究方向为微光电器件与集成技术;唐俊龙，长沙理工大学物理与电子科学学院，副教授，研究方向为嵌入式系统和集成电路芯片设计（410114）。