向靜 徐勇剛 任曉霞

1 引言

《集成電路版圖設(shè)計》課程是微電子科學與工程專業(yè)的專業(yè)技術(shù)課，本課程是集成電路設(shè)計、工藝中必不可少的環(huán)節(jié)?；谥貞c文理學院電子電氣工程學院微電子科學與工程專業(yè)具體情況，本文指出該課程的教學內(nèi)容、教學設(shè)置等方面存在的問題。結(jié)合以本為本的教學理念和現(xiàn)代化的教學手段，對本課程進行了整體性改革探索，旨在培養(yǎng)適合集成電路行業(yè)需求的人才。

5G時代的來領(lǐng)，對集成電路的集成度、精細度方面提出了更高的要求。芯片尺寸朝著不斷縮小的方向發(fā)展，也就意味著集成電路版圖設(shè)計的面積更小。集成電路設(shè)版圖計是連接集成電路設(shè)計與集成電路工藝制作的橋梁，包括整個集成電路中的邏輯信息和連接關(guān)系，為芯片工藝制作提供數(shù)據(jù)、圖片信息。版圖設(shè)計結(jié)果直接影響器件的性能和制作成本，是集成電路領(lǐng)域中不可缺少的一部分。集成電路設(shè)計版圖設(shè)計使用的軟件包括Cadence、Synopsis、Tanner等等。本課程基于CMOS器件工藝，依靠Tanner系列軟件（L-edit、S-edit、W-edit、T-Spice），旨在讓學生應(yīng)掌握CMOS技術(shù)的相關(guān)概念和CMOS器件與物理層的對應(yīng)關(guān)系，以及CMOS器件的版圖設(shè)計流程和基本邏輯電路的版圖和電路圖的對應(yīng)形式。

2 《集成電路版圖設(shè)計》課程現(xiàn)狀和存在的問題

2.1 學生缺乏積極性

本專業(yè)學生的高考分數(shù)主要為重慶市低于一本分數(shù)線10分左右。部分學生來自于一般高中的中上等學習水平學生，部分學生來自于重點高校的中下等學習能力的學生。一方面，整體上本專業(yè)學生學習能力中等偏下，部分同學學習目標不清晰，缺乏對本專業(yè)的認識，不了解《集成電路版圖設(shè)計》課程在本專業(yè)中的重要性。另一方面，本專業(yè)在學院不屬于優(yōu)勢學科，該專業(yè)的教育資源較少，導致學生對本專業(yè)前景不明朗。綜上所述，學生的學習缺乏積極性，導致教學效果不佳。

2.2 課程與其他課程的交叉知識較多

《集成電路版圖設(shè)計》中涉及到《集成電路設(shè)計》、《集成電路工藝》、《基本邏輯門》、《模擬電路基礎(chǔ)》、《集成電路CAD》等課程的知識。在授課期間，對許多已學過的知識點不講解，課程連續(xù)性較弱，教師難以把握學生的真實知識掌握情況;知識點講解，占有一定課時，新知識的課時會被壓縮。由于交叉知識較多，《集成電路版圖設(shè)計》課程講解尺度把握較難，增加了教師教學難度。

2.3 課程設(shè)置存在的問題

《集成電路版圖設(shè)計》課程在本院系分成了兩個模塊：理論課部分（32學時）和實驗課部分（1周）。理論部分主要基于CMOS工藝，介紹基本邏輯門、集成電路工藝流程、Tanner系列L-EDIT使用、集成電流版圖設(shè)計規(guī)則、設(shè)計技巧、一致性檢查、后仿真和網(wǎng)表文件基礎(chǔ)知識等內(nèi)容。實驗部分主要基于Tanner系列軟件L-edit、S-edit、W-edit、T-Spice，熟練掌握版圖設(shè)計及后仿真的操作。

課程設(shè)置中，理論部分課程和實踐課程直接分開進行授課?！都呻娐钒鎴D設(shè)計》是一門基于tanner系列軟件的學習的課程，單純的理論課程學習，會讓學生感覺枯燥。由于缺乏實操練習，提不起學生學習的興趣。在進行實踐課程實施時，學生不能理解軟件操作的內(nèi)在理論基礎(chǔ)。綜上所述，將《集成電路版圖設(shè)計》直接分為兩個課程，不利于課程教學過程。

3 解決問題的方法

3.1 樹立學生自信，培養(yǎng)學生興趣

向?qū)W生展示在信息產(chǎn)業(yè)中微電子地位和國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，提高學生的“專業(yè)”自信心。微電子產(chǎn)業(yè)屬于信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，在信息產(chǎn)業(yè)中處于支柱和核心地位，是國家信息化戰(zhàn)略發(fā)展的基礎(chǔ)。2019年，中美貿(mào)易磋商反應(yīng)出中國的微電子產(chǎn)業(yè)還有很大的發(fā)展空間。國家需要優(yōu)秀的微電子專業(yè)人才，微電子專業(yè)是一個新型的蓬勃發(fā)展的專業(yè)。在課堂教學中提出并實施以下2點措施。

（1）播放適當?shù)募呻娐钒鎴D設(shè)計相關(guān)知識、科普視頻，培養(yǎng)學生的興趣。向?qū)W生展示世界最頂級的光刻機制造商——荷蘭ASML，介紹中國開發(fā)出來的具有世界頂尖水平的刻蝕機。一方面，讓學生看見中國光刻機與世界頂尖光刻機的差距。另一方面，讓學生知道中國也具有世界頂尖制造技術(shù)，使學生認識到微電子產(chǎn)業(yè)急需人才，并相信本專業(yè)有很好的前景。

（2）設(shè)立課堂激勵機制，提高學生積極性，培養(yǎng)學生的學習興趣。課堂教學中，不是一味地講解知識，適當?shù)靥岢鰡栴}，讓學生思考和回答，培養(yǎng)學生獨立思考解決問題的能力。對愿意回答問題、闡明觀點的學生給予一定的平時成績加0.5-2分（總分20分），以此鼓勵學生多思考和回答問題，培養(yǎng)學生對本課程的學習興趣。

3.2 分析交叉知識點，制定課程教學重點

專業(yè)課之間有知識的交叉是較為普遍的現(xiàn)象。各門專業(yè)課老師之間需要相互交流，相互討論，分析并列舉出課程之間的交叉知識點。在《集成電路版圖設(shè)計》課程實施過程中，借助于提問法和課后交流的方式，學生能夠復習并掌握前期知識點，教師能夠了解學生知識掌握情況。對于掌握較好的知識，教師不做進一步講解;對于理解有困難的知識，教師做進一步講解。故對教師備課提出了更高的要求，也使學生能夠更好地掌握知識。本門課程與其他專業(yè)課交叉的幾個知識點如下。

（1）集成電路設(shè)計、基本邏輯門的概念和分類;

（2）晶體管的背景、定義以及相關(guān)知識;

（3）集成芯片制造工藝流程（硅單晶片的制造、外延層的生長、硅的氧化、掩膜版的制備、光刻、摻雜、多晶硅的淀積、金屬層的形成）及其原理。

根據(jù)《集成電路版圖設(shè)計》課程的特點確定教學重點，并在課堂教學中進行詳細講解。本門課程內(nèi)容重點包括以下幾點。

（1）版圖設(shè)計的概念和方法;（2）集成電路工藝簡介;（3）CMOS工藝簡介;（4）版圖中的繪圖層;（5）EDA工具介紹與安裝;（6）CMOS晶體管的版圖繪制;（7）版圖的驗證和版圖輸出數(shù)據(jù);（8）版圖設(shè)計的規(guī)則;（9）基本邏輯門電路的版圖設(shè)計;（10）版圖一致性檢查的介紹和軟件實操。

3.3 實施理實一體化教學，引入“ 翻轉(zhuǎn)課堂”模式

《集成電路版圖設(shè)計》是一門依賴版圖軟件實施課堂教學的課程。將理論和軟件使用分開進行不利于本課程的教學實施。將理論知識和實踐操作融為一體，能夠使學生更好地掌握版圖與集成電路工藝流程之間的關(guān)系，且熟練地應(yīng)用Tanner系列軟件。

學習一類軟件最好的方法是學生不斷進行項目實操。本課程軟件實操訓練項目主要分為五個方面：（1）使用L-Edit畫PMOS布局圖;（2）使用L-Edit畫NMOS布局圖;（3）使用L-Edit畫反相器布局圖;（4）使用L-Edit畫并聯(lián)晶體管的版圖;（5）使用L-Edit畫串聯(lián)晶體管的版圖。實施以學生為主體的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式步驟如下。

（1）在教師介紹軟件的基本操作后，將學生分為5個小組;

（2）由學生自行選擇實操項目，教師提供相關(guān)項目的相關(guān)資料;

（3）由小組學生自學項目相關(guān)資料后，通過抽簽方法選取2-3名學生;

（4）該2-3名學生向全班同學講解項目實操流程;

（5）教師提供一道類似項目，由全班同學完成項目，以檢驗學生學習情況。

通過“翻轉(zhuǎn)課堂”式的項目教學方法，鍛煉學生獨立思考、學習和解決問題的能力。結(jié)合抽簽法，確保了公平性，也保證每個學生都會獨立去完成項目任務(wù)。

4 結(jié)束語

借助于時事報告和相關(guān)視頻資料，提高了學生對本專業(yè)發(fā)展前景的信心。各專業(yè)課教師之間多交流分析，確定了《集成電路版圖設(shè)計》的教學重點，突出了本課程的特色。采用理實一體化教學，優(yōu)化了課程教學設(shè)置，使學生熟練掌握該課程的理論知識，并很好地理解版圖設(shè)計原理。結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式、項目教學法和抽簽法，確保了學生能夠熟練地應(yīng)用Tanner系列軟件，尤其是L-Edit。最終，將學生培養(yǎng)成為適合集成電路行業(yè)需求的人才。

基金項目：重慶市教委科技青年項目（KJQN201901316），重慶文理學院校級項目（R2019FDQ12）

（作者單位：重慶文理學院電子信息和電氣工程學院）