廖　榮

(華南理工大學(xué)　電子與信息學(xué)院，廣州　510641)

?

教研資源共享的“微電子工藝實驗”改革

廖榮

(華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院，廣州510641)

摘要為了加強學(xué)生對微電子制造過程的感性認識和對學(xué)科特點的認知，在原有的微電子平面工藝實驗的基礎(chǔ)上，對“微電子工藝實驗”教學(xué)模式進行改革，引入氧化鋅基薄膜場效應(yīng)晶體管工藝制造技術(shù)及半導(dǎo)體測試分析實驗，使教學(xué)與科研資源共享，建立了由教學(xué)內(nèi)容的準備、多媒體教學(xué)、實際動手流片、完善有效的實驗考核方案四部分組成的教學(xué)方式，激發(fā)了同學(xué)們學(xué)習(xí)的熱情，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞微電子工藝實驗；薄膜場效應(yīng)晶體管；教學(xué)改革；流水實驗

微電子工藝實驗是工科院校為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生開設(shè)的實踐教學(xué)必修課程，主要任務(wù)是在半導(dǎo)體器件和集成電路課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過在超凈工藝線上進行器件和電路芯片的工藝設(shè)計和流片實踐，學(xué)生自己動手制造出具備一定功能的微電子器件，并對其進行測試驗證[1]。隨著微電子學(xué)專業(yè)自身的飛速發(fā)展，要求我們要有新的教學(xué)理念、新的教學(xué)模式，以適應(yīng)微電子學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標和社會需求[2]。因此，我們力爭在原有的微電子平面工藝實驗的基礎(chǔ)上，使教學(xué)與科研資源共享，引入目前行業(yè)較先進實用的專業(yè)課題組開發(fā)的氧化鋅基薄膜場效應(yīng)晶體管(ZnO-Thin Film Transistor，ZnO-TFT)工藝制造技術(shù)及半導(dǎo)體測試分析實驗，將原來獨立的幾個實驗教學(xué)環(huán)節(jié)整合成相互關(guān)聯(lián)的基于教學(xué)與科研資源共享的“微電子工藝實驗”課程與實踐教學(xué)體系[3]。

1課程現(xiàn)狀分析

本校微電子方向有幾十年的發(fā)展積淀，本校微電子工藝實驗室建立的一條微電子平面工藝線，已有數(shù)十年，多年來一直用于為本科生開設(shè)工藝實驗。從歷年微電子專業(yè)學(xué)生在實驗總結(jié)中對生產(chǎn)實驗的評價來看，學(xué)生普遍認為“在工藝實驗中，自己動手制作出晶體管，了解了微電子產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程，學(xué)到了書本上學(xué)不到的東西，提高了對實際問題的分析與解決能力，對微電子業(yè)也有所了解，這一實驗很有意義”。但由于受到教學(xué)經(jīng)費、辦學(xué)成本的限制，設(shè)備較陳舊、落后，故障率高等影響，各個實驗獨立進行，學(xué)生也把平面工藝實驗當(dāng)作3個獨立的實驗來做，報告格式、內(nèi)容與傳統(tǒng)實驗報告大同小異。本來平面工藝實驗是一個有機的整體，每一個實驗都是為了制造出一個參數(shù)合格晶體管，每一步工藝條件的變化均影響整體的實驗結(jié)果。現(xiàn)狀是人為地割裂成單個獨立實驗，而且工藝技術(shù)相對落后。

2課程改革目標

我們力求建立—個具有以下特色的創(chuàng)新型實驗教學(xué)體系。1)通過本實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生具有較強的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)實踐和設(shè)計開發(fā)能力，進一步掌握和加深微電子技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)理論知識和實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生靈活運用理論知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生認真刻苦、思維縝密和自主創(chuàng)新的科學(xué)精神[4]。2)深化實驗教學(xué)改革，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計性實驗項目。3)開放式組織實驗教學(xué)，形成科學(xué)、規(guī)范的實驗教學(xué)方法，培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力[5]。

3教改后課程的特色及具體組織

我們采用新的微電子工藝實驗教學(xué)模式，即工藝實驗教學(xué)由教學(xué)內(nèi)容的準備、工藝錄像(網(wǎng)絡(luò)平臺)學(xué)習(xí)、實際操作的工藝實驗和有效的實驗考核方案組成，積極開展實驗技術(shù)、內(nèi)容、方法和手段的研究與探索，不斷推動微電子實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新，積極探索將微電子器件的設(shè)計、驗證、分析、制造、測試等有機結(jié)合起來的“一條龍”式實驗教學(xué)體系，使微電子的各個實驗教學(xué)環(huán)節(jié)前后貫通，相互銜接，進一步提升實驗教學(xué)的綜合性和系統(tǒng)性[6]。

3.1教學(xué)內(nèi)容的準備

本專業(yè)創(chuàng)建于1958年，專業(yè)辦學(xué)歷史悠久，是全國高校最早設(shè)立半導(dǎo)體專業(yè)的六所高校之一。實驗室已有幾十年的歷史，1969—1973年建立了廣東省首條硅平面工藝生產(chǎn)線，在這條線上，為廣東省乃至中南地區(qū)做出了許多個第一，如研制出并且小批量生產(chǎn)了高頻和超高頻平面晶體管和開關(guān)管等。本專業(yè)實驗室教師與企業(yè)合作，研制成功了當(dāng)時廣東省第一塊ECL集成電路，并獲全國科學(xué)大會獎。微電子超凈微電子工藝線經(jīng)過近些年“985”建設(shè)資金的投入，已具有微電子器件成套工藝生產(chǎn)線的設(shè)備，如 “擴散工藝實驗裝置”“高純水機”“真空鍍膜機”及“探針臺”“光刻機”“硅片清洗槽”“金絲球超聲壓焊機”“美國Millipore超純水機”“磁控濺射設(shè)備”“原子層沉積設(shè)備”“4156安捷倫半導(dǎo)體參數(shù)測試儀”“4184安捷倫C-V測試儀”等。有教研水平高的教師及實踐經(jīng)驗豐富的實驗技術(shù)人員和實驗指導(dǎo)教師，實驗室若干年來一直承擔(dān)本專業(yè)主要必修課“現(xiàn)代集成電路制造技術(shù)”“半導(dǎo)體器件”的配套實驗課程“微電子工藝實驗”，用于本科生生產(chǎn)實習(xí)在國內(nèi)是獨樹一幟的。實驗教師平時注重加強機器調(diào)試維修保養(yǎng)，確保能正常實驗。

為實現(xiàn)實驗項目改進及優(yōu)化實驗項目要求，適應(yīng)CMOS在集成電路行業(yè)中發(fā)展最快也是應(yīng)用最廣泛技術(shù)的發(fā)展形勢，在現(xiàn)有NPN晶體管制作工藝實驗基礎(chǔ)上，增設(shè)氧化鋅基薄膜場效應(yīng)晶體管(ZnO-TFT)的設(shè)計及工藝技術(shù)實驗，從而進一步加強設(shè)計性、研究性實驗的建設(shè)。并獨立流片實踐，及半導(dǎo)體參數(shù)測試分析。

3.2實際操作的工藝實驗

這門課程的實踐性很強，涵蓋硅片清洗、氧化、硼擴散、磷擴散、真空鍍膜、高真空磁控濺射、光刻、原子層沉積等主要工序，為學(xué)生親自動手制作半導(dǎo)體器件和集成電路制造提供了一個良好的封閉、完整的設(shè)計實驗條件。把晶體管制作劃分為6個關(guān)鍵工序。因此，學(xué)生自制晶體管也分為6個組，要求每個組負責(zé)一個關(guān)鍵工序：確定工藝條件、進行工藝操作、解決出現(xiàn)的問題、記錄工藝現(xiàn)象、條件、參數(shù)等。這樣盡管學(xué)生人數(shù)較多，也能保證每名學(xué)生都參與到自制晶體管和相關(guān)的生產(chǎn)管理過程中來[7]。積極推行開放式實驗教學(xué)，首先是實驗時間的開放，學(xué)生可以在課外時間預(yù)約實驗；其次是實驗內(nèi)容的開放，學(xué)生可以預(yù)約做其中某一個實驗[8]。有興趣學(xué)生還可參加由教師指導(dǎo)的各類學(xué)生科研項目，比如，國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃、廣東省大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目、百步梯攀登計劃、華南理工大學(xué)學(xué)生研究計劃、華南理工大學(xué)第一批“探索性實驗”——太陽能電池的制備工藝實驗等項目。

在進行到關(guān)鍵步驟時，教師提出問題讓學(xué)生進行思考可以加深對知識的理解，例如，光刻堅膜時，教師提出為什么要堅膜這一問題，同學(xué)們通過對知識的回顧以及思考，得出堅膜能防止腐蝕液滲入而影響腐蝕區(qū)域擴大的結(jié)論，整個問答過程，學(xué)習(xí)氣氛非常濃厚，引起了同學(xué)對一些細節(jié)的理解，激發(fā)了同學(xué)們學(xué)習(xí)的熱情，踴躍發(fā)問，更是活躍了學(xué)習(xí)氣氛。整個實驗內(nèi)容生動精彩，加深了學(xué)生對本專業(yè)的理解，學(xué)生反映受益良多。

3.3工藝錄像(網(wǎng)絡(luò)平臺)學(xué)習(xí)

我們在分析了傳統(tǒng)的微電子工藝實踐教學(xué)存在的不足基礎(chǔ)上，還構(gòu)建了微電子工藝實踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺。該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺包括課程信息、研究型教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)等功能模塊。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺能幫助學(xué)生全面地掌握微電子工藝實踐教學(xué)內(nèi)容，有效地實現(xiàn)了教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生主體作用的最佳組合，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量與效益[9]。

3.4完善有效的實驗考核方案

在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，實驗考核是重要的教學(xué)質(zhì)量評價手段，也是實驗教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一。實驗考核注重激發(fā)學(xué)生實驗興趣，提高學(xué)生科學(xué)思維和敢于創(chuàng)新的積極性，鼓勵創(chuàng)新，提倡科學(xué)嚴謹。為此，精減了學(xué)生實驗報告內(nèi)容，把動手能力和綜合分析問題的能力及創(chuàng)新能力作為主要考核內(nèi)容。工藝實驗的考核采用現(xiàn)場工藝操作、實驗結(jié)果和實驗報告相結(jié)合的辦法，給出成績[10]。

4結(jié)束語

雖然工藝實驗時間不長，所認識到的也只是整個微電子制造科學(xué)的冰山一角，但學(xué)生對微電子制造過程的感性認識和學(xué)科特點的認知有了很大的提高，同時亦加強了學(xué)生們的實驗?zāi)芰凸こ虒嵺`能力，加深了對理論知識的理解，提高了對微電子學(xué)科的興趣，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了一定的學(xué)科基礎(chǔ)?？朔藢嶒灲虒W(xué)條件的限制，讓學(xué)生將所學(xué)知識和生產(chǎn)實際緊密結(jié)合。實現(xiàn)了老師和學(xué)生之間的良好互動，將課堂上學(xué)習(xí)和課下學(xué)習(xí)有機結(jié)合起來，彌補了課堂教學(xué)的不足，充分考慮了實踐課與理論課的有機結(jié)合。從學(xué)生遞交的總結(jié)報告來看，這次微電子工藝實踐教學(xué)效果很好，學(xué)生們普遍認為：提高了動手能力，學(xué)會了分析、解決問題的方法，更重要的是培養(yǎng)了團隊意識和團隊合作能力，對今后的學(xué)習(xí)與工作都有較大幫助。通過對實驗課內(nèi)容及實踐教學(xué)進行整合更新，實踐教學(xué)體系的探索取得了明顯的成效，學(xué)生對專業(yè)的信心和就業(yè)優(yōu)勢明顯增強[11]，本微電子實驗室也成為華南理工大學(xué)電氣信息及控制國家級實驗教學(xué)示范中心的實驗教學(xué)分室，成為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)(廣東省名牌專業(yè)、重點學(xué)科)本科教學(xué)及碩士生、博士生重要的科研實驗基地。近幾年，畢業(yè)生一直保持高就業(yè)率，特別是學(xué)生在外資、合資微電子企業(yè)受歡迎度大大增加。只要我們堅持不懈努力，積極投身實踐體系的改革，是可以提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生的實際工作能力和專業(yè)素質(zhì)、培養(yǎng)有競爭力的人才[12]。

參 考 文 獻

[1]張瑞，姚凌江，吳向文．運用混合式立體化教學(xué)模式培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，20 (1)：77-81．

[2]王蔚，田麗，付強．微電子工藝課/實驗/生產(chǎn)實習(xí)的整合研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012，159(23)：47-49．

[3]梁齊，楊明武，劉聲雷，等．微電子工藝實驗教學(xué)模式探索[J].實驗室科學(xué)，2008，2(1)：41-42．

[4]鄧小川．微電子工藝課程中TCAD技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)探討[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011(7)：172-173．

[5]陳偉元，吳清鑫，吳塵，等．高職微電子技術(shù)專業(yè)實驗室的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索，2012，31(7)：227-229．

[6]梁海蓮，趙琳娜．開放式微電子專業(yè)實驗課程改革與探索[J].中國電力教育，2013，279(20)：92-93．

[7]孫一翎，張艷．非重點院校微電子學(xué)專業(yè)實驗室建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007(10) ：99-100．

[8]田建立．應(yīng)用型本科院校實驗教學(xué)改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，68(10)：102-104．

[9]朱紅，周競學(xué)．構(gòu)建適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實踐教學(xué)環(huán)境[J].實驗技術(shù)與管理，2006，23(9)：19-20.

[10]蘇文平，薛永毅．加強實踐教學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型人才[J].實驗技術(shù)與管理，2006，23(11)：121-124.

[11]張瑞．微電子工藝混合式立體化教學(xué)研究與實踐[D].長沙：湖南大學(xué)，2010．

[12]張儒．高校微電子技術(shù)教學(xué)與生產(chǎn)實踐的結(jié)合[J].新課程研究，2012，279(12)：117-118.

收稿日期:2015-02-02；修改日期: 2015-03-12

基金項目：2013年華南理工大學(xué)教研教改項目(x2dx-Y1130010)；華南理工大學(xué)第一批“探索性實驗”教學(xué)項目(x2dx-Y1140610)。

作者簡介：廖榮(1970- )，男，博士，工程師，主要從事微電子器件方面的實驗教學(xué)與研究。

中圖分類號G642

文獻標志碼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