“微电子工艺学”课程设计研究

微电子工艺学课程学时较少，内容丰富，技术一日千里，对师生提出较高要求。有限的课时下，教师应突出重点，让学生掌握大纲规定的教学内容。对重点内容、难点内容讲深讲透；布置作业引导学生进行创新性研究，让学生把课堂理论转化为具体电路、版图设计，提高动手能力。“微电子工艺学”课程共有32学时，主要为理论教学。理论教学模式和实践教学仍处于摸索阶段，教学效果有待提高。本文对其课程设计进行相关研究与探索。将教师的理论教学、实验教学与学生的自主学习相结合，激发学生学习兴趣，培养动手能力，提高教学效果；建立完善的试题库体系；利用已有的实验条件和仿真平台开展工艺实验和工艺流程仿真，建立一套完善的工艺设计实验教学体系；完善已有的专业见习和专业综合训练实践教学，让学生在见习和综合训练中得到锻炼，增加动手能力；进行网络教学平台建设，充分利用网络资源和网络平台形成良好的师生互动。本文拟解决的问题是制定面向电子科学与技术专业的“微电子工艺学”理论教学、实践教学、网络教学、题库建设、课程考核以及实施标准等课程设计。

一、国内外研究现状分析

2006年，电子科技大学罗小蓉老师强调将教师的理论教学、实验教学与学生的自主学习相结合的教学方式，以激发学生的学习兴趣，培养动手能力，提高教学效果。电子科技大学中山学院陈卉2016年提出“微电子器件”实验教学改革与探索。2012年，哈尔滨工业大学王蔚提出从课堂教学与实践教学整合角度出发，将“微电子工艺”课程的教学模式、内容、教材等将课堂、实验、实习3种不同教学形式作为一个课程模块穿插讲授，理论与实践彼此相互促进，编写教材，进行初步实施及评价，获得学生和微电子课程群其他课程主讲教师的肯定，评教结果为“A+”。2010年，华南理工大学廖荣提出微电子工艺实习教学改革探索。加快发展我国微电子产业成为刻不容缓的大事。高校必须为民族微电子产业做出贡献，让学生在校期间熟悉双极型和MOS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，为学生毕业后从事相关专业打下坚实基础。

二、具体实施方案

1.课堂理论教学及学生学习效果实施标准建设。根据“微电子工艺学”知识点较多且抽象、工艺流程复杂等特点，教师在课堂教学中要重视与学生的互动，强调学生的自主学习能力培养，将讲解为主体改变为讲解——学习双主体。方法如下：首先，精简讲授时间，增加课堂讨论环节，给出课堂讨论结果的评价标准。对于“微电子工艺学”难度较大、实践性较强的专业核心课，学生独立思考尤其重要。增加课堂讨论环节是让学生独立思考的最好方法，但会减少理论课的时间，需要建立以下实施方案：①每堂课都要仔细设计该课主题，明确重难点，精简讲授时间；②合理设计和安排思考题和讨论题的内容以及实施方法；③合理设计和安排讨论效果的评价标准，激发学生学习积极性。其次，增加教学专题的seminar，采用案例教学方法，使学生不仅能理解基本理论，同时能结合应用，学会基本、常用的微电子器件工艺制造方法。2.习题试题库建设及理论考核标准。课堂练习题和思考题题库建设。根据该门课的特点，合理设计和安排本课主题下的思考题和练习题，使课堂教学有条不紊地进行。调动学生积极性，循序渐进地接受知识，提出问题、分析问题。目前，我校没有完善的“微电子工艺学”考试试题库。本项目拟根据国内外研究成果，结合我校实际和教学大纲编写试题库，使具有不同题型、不重复题目的试卷达10套以上。具体理论考核标准：测试项目一：课堂表现考核、考核内容、课堂表现情况；考核形式：以第一次形成性考核的条件及学生在课堂的表现为基础进行，主要内容为课堂回答问题、专题讨论、口试等。考核时期：课程结束为周期。测试项目二：作业考核，包括平时作业考核和登录网络教学平台进行学习的考核两部分；登录网络教学平台进行学习的考核。测试项目三：课堂卷面考核内容：课程大纲要求掌握的内容；考核形式：抽取题库中的试题进行卷面考试；考核时期：课程教学的最后两节课。3.实践教学实施标准与实验教学改革。本项目拟对实验教学内容进行改革，制定实施和测试标准。进一步调整实验课程方案，安排一次对新工艺和新技术的调查研究和一周的器件工艺流程仿真的课程设计。根据实验课程设置目标，编制“微电子工艺学课程设计指导书”，制定具体的实施方案和评价方案。拟设置的工艺设计的具体内容：利用器件仿真软件Medici和工艺仿真软件Tsuprem4，完成LDMOS和IGBT新结构的器件和工艺仿真设计，以汇报、答辩且最终以论文的形式提交。实验目的：学会利用模拟工具观察新结构的基本特性；通过实验设计掌握器件的工艺流程；在设计过程中体会设计器件结构的各个参数的折中关系和流程的烦琐性，初步建立工艺设计的思维。实践教学内容需要在教学的实际工作中不断更新，根据学生情况增减内容和调整教学大纲。实验教学测试标准：测试项目一：集成电路的新工艺和新技术前沿调研报告。考核内容：对集成电路的新工艺和新技术前沿的调研。考核形式：按时提交集成电路的新工艺和新技术前沿调研报告，字数不少于2000字。考核时期：课程结束2周内完成。测试项目二：工艺仿真设计和小论文撰写考核内容：结合工艺仿真软件Tsuprem4，完成LDMOS和IGBT系列新结构的设计论文。考核形式：以报告形式答辩，最终提交LDMOS和IGBT新结构的设计论文，字数不少于2000字。考核时期：课程结束1周内完成。4.专业见习。学生一方面可以利用学校学院筹建中的实验平台完成工艺相关实验，如微电子工艺实验室。主要功能是使学生初步掌握微电子器件的工作原理、工艺参数的控制方法。器件特性参数的测试分析方法、信息功能材料的制备和结构性能测试方法。内容涵盖CMOS工艺，半导体材料和器件制备工艺、LTCC材料制备和封装工艺、多芯片组件技术，MEMS传感技术及微系统构建工艺等，如微系统封装与测试实验室。该实验平台功能用于微系统封装与测试。实验内容包括各种可用于微系统封装的基板材料及其封装技术研究，系统级封装三维复杂结构的电磁场、热场分析建模、电特性、热特性快速仿真、复杂混合信号完整性分析、电磁兼容、热效应问题的认识和优化处理，封装工艺、可靠性与测试技术研究。集成电路设计实验室：集成电路（IntegratedCircuit，IC）通过一系列特定加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件按照一定电路互连集成在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，用以执行特定电路或系统功能的电子器件。该实验室平台主要用于集成电路设计。5.完善网络教学平台建设。充分利用学校已有的网络资源，在网络教学平台上完成课程创建和内容填充、作业功能、互动功能、阅读资源等内容；学生可以在课下参加讨论与交流、提交与查阅作业，还可以进行一对一的答疑解惑等。本文结合微电子工艺学的理论教学、实验教学与学生的自主学习，从课堂设计、课程考核标准、题库建设、实验环境建设、见习实习和网络平台建设等多方面进行课程设计。具体来说：①在课堂理论教学中，参考借鉴国内外著名高校的实施方法，制定学生课堂表现的考核标准，给出如增加课堂讨论、专题seminar、学生项目PPT展示的环节的具体实施建议，增加学生的参与度和学习热情；②期末考核中，参考借鉴国内外著名高校的教学大纲和教学重点，编写一套能极大指导学生学习的试题库和习题库，打下坚实的理论基础；③根据微电子行业的发展和我校实际，建立一整套合理的实验内容和实验体系，使学生在有限的时间内掌握微电子工艺学的核心技术和方法；④利用仿真软件模拟实际工艺流程，完成CMOS以及BCD工艺设计；⑤利用网络教学平台以帮助学生巩固已学知识，解决难题，实现师生互动，让电子科学与技术专业的学生通过这门重要专业课学习，在掌握微电子基本理论和技术的基础上具备自主学习，独立研究，勇于创新的能力，成为有一技之长的当代微电人。

作者:吴丽娟 宋月 张银艳 雷冰 唐俊龙 谢海情 刘斯 单位:长沙理工大学

参考文献：

[1]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，2007.05

[2]陈卉，文毅，张华斌，胡云峰.“微电子器件”实验教学改革与探索[J].高等学刊，2016.01

[3]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

[4]廖荣，刘玉荣.微电子工艺实习教学改革探索[J].实验室研究与探索，2010.08

[5]高云，杨维明，叶葱.微电子器件与工艺模拟实验讲义[D].湖北大学物理与电子技术学院，2015

[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，2002.05

[7]梁齐，杨明武.微电子工艺实验教学模式探索[J].实验室科学，2008.01