半導(dǎo)體制造技術(shù)教學(xué)方法探討

摘 要:《半導(dǎo)體制造技術(shù)》主要講述半導(dǎo)體集成電路的制造全過程。該課程專業(yè)性強(qiáng)，涉及到的專業(yè)知識(shí)面廣，但是課時(shí)數(shù)少，筆者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從課堂教學(xué)手段，實(shí)踐教學(xué)等方面提出了一些方法與措施，在解決課時(shí)數(shù)少和知識(shí)點(diǎn)多的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生興趣以及積極性，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的思維方法。

關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體 制造技術(shù) 教學(xué)方法 探討

中圖分類號(hào):TN3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-198X(2011)11(c)-0138-02

1 引言

我校是以工科為主的綜合性大學(xué)，重點(diǎn)培養(yǎng)工科應(yīng)用型人才。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的人才需求大幅增加，代表著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的集成電路已經(jīng)成為信息社會(huì)發(fā)展的基石與核心。美國(guó)工程技術(shù)界曾指出:“從真空管到半導(dǎo)體集成電路，已成為當(dāng)代各行各業(yè)智能工作的基礎(chǔ)”。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，整機(jī)和元器件之間的明確界限已被突破，集成電路不僅成為現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，而且正創(chuàng)造著代表信息時(shí)代的硅文化[1]。《半導(dǎo)體制造技術(shù)》這門專業(yè)課主要講述以硅為基礎(chǔ)的集成電路制造的制造工藝及工藝原理。通過本課程的學(xué)習(xí)學(xué)生可以對(duì)半導(dǎo)體制造流程有一個(gè)全面的了解，掌握制造半導(dǎo)體器件的基本技術(shù)，并為將來從事集成電路的設(shè)計(jì)及與電子科學(xué)與工程專業(yè)相關(guān)的工作打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

但是，本門課程僅有40學(xué)時(shí)，涉及到的知識(shí)面卻很廣，并且多數(shù)較為抽象。例如晶體微觀結(jié)構(gòu)對(duì)于電子工程專業(yè)的學(xué)生是一個(gè)比較抽象的概念，加上一些晶格、晶胞、空間點(diǎn)陣以及原胞等更是易于混淆。這些都增加了授課的難度。筆者根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在解決課時(shí)少的同時(shí)總結(jié)了幾點(diǎn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

2 課堂教學(xué)方法

2.1 整體把握與分散知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合

《半導(dǎo)體制造技術(shù)》的教學(xué)是按照半導(dǎo)體制造工藝中的不同步驟分章進(jìn)行的。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)每個(gè)章節(jié)之前如果不能全面把握半導(dǎo)體制造的系統(tǒng)流程，那么學(xué)起來就會(huì)感到支離破碎、缺乏邏輯，就很難把握各個(gè)部分在半導(dǎo)體制造工藝過程中的作用，覺得非常枯燥、難以理解。因此，在第一課時(shí)，就需要給學(xué)生們建立起來半導(dǎo)體制造的系統(tǒng)流程概念。針對(duì)這一點(diǎn)，筆者在第一節(jié)課時(shí)，會(huì)采用流程圖結(jié)合漫畫的形式將半導(dǎo)體整體制備工藝做系統(tǒng)介紹，。并指出每一步主要采用的工藝名稱及其基本概念，使學(xué)生對(duì)后續(xù)每章內(nèi)容如金屬化、氧化、光刻、離子注入等有一個(gè)基本概念，首先掌握其功能和基本用途，不至于在后面講到這些章節(jié)的時(shí)候覺得孤立不了解其在半導(dǎo)體制造技術(shù)中的地位。之后逐章詳細(xì)講解怎么樣實(shí)現(xiàn)金屬化，金屬化的分類等。這樣整本書或者說整個(gè)半導(dǎo)體制造工藝過程就非常清晰，不但整體的過程清晰明了，每個(gè)工藝與整個(gè)半導(dǎo)體之間的關(guān)聯(lián)也非常清楚。

針對(duì)半導(dǎo)體制造中的不同工藝進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，首先引導(dǎo)學(xué)生們知道該部分在半導(dǎo)體制造工藝中所起的作用，接下來結(jié)合半導(dǎo)體的制造講解該部分的內(nèi)容，最后再結(jié)合實(shí)例講解該部分的具體應(yīng)用，幫學(xué)生理清思路。

2.2 形象化比喻的合理運(yùn)用

對(duì)于一些抽象的概念往往較難理解，此時(shí)可以通過一種大家熟悉的形式合理地表達(dá)出來以幫助學(xué)生理解。例如，長(zhǎng)程有序和短程有序，長(zhǎng)程有序指的是整體性的有序現(xiàn)象。例如在一個(gè)單晶體的范圍內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的有序分布延伸到整個(gè)晶格的全部，亦即從整個(gè)晶體范圍來看，質(zhì)點(diǎn)的分布都是有序的;短程有序指的是在非晶態(tài)結(jié)構(gòu)中，原子排列沒有規(guī)律周期性，原子排列從總體上是無規(guī)則的，但是，近鄰的原子排列是有一定的規(guī)律的這就是“短程有序”。但是學(xué)生理解起來有點(diǎn)難并且不易記憶，此時(shí)不妨這樣來比喻:我們把坐著教室的學(xué)生比作組成物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)，如果在整個(gè)教室學(xué)生的都是按照男-女-男-女的方式就坐，那么就稱為長(zhǎng)程有序;如果第一排是按照“男-女-男-女……”的方式排列，第二排則是按“男-男-女-男-男-女……”的方式排列，而第三排則是按“女-女-男-女-女-男……”的方式排列，如此，在整個(gè)教室學(xué)生的排列是沒有規(guī)律的稱為長(zhǎng)程無序，但是在某一排這個(gè)小范圍內(nèi)學(xué)生的排列又是有序的，稱為短程有序。這樣一個(gè)抽象的概念就簡(jiǎn)化為學(xué)生的排列問題，就比較生動(dòng)易懂。

2.3 啟發(fā)式、互動(dòng)式講課教學(xué)

很多情況下，學(xué)生沒有掌握好一個(gè)知識(shí)點(diǎn)往往不屬于記憶的范疇，而是學(xué)生沒去認(rèn)真地思考，這往往體現(xiàn)在學(xué)生能否提出問題并合理解釋之。因此，在課堂教學(xué)中應(yīng)注重教師的教的同時(shí)重視學(xué)生的學(xué)[2]。在課時(shí)少、內(nèi)容多的情況下，教師可以改變教學(xué)組織方式，在講解的同時(shí)，以互動(dòng)的方式啟發(fā)學(xué)生思考，不單要求學(xué)生能夠回答出問題更應(yīng)該啟發(fā)學(xué)生去思考、提問、甚至質(zhì)疑。在課堂上，不單單是講授課程，同時(shí)也要引導(dǎo)學(xué)生思考。不是單一的要求學(xué)生死記硬背一些概念，而是讓學(xué)生以理解為主，并在理解的基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用。在接受一些知識(shí)的同時(shí)，能夠問出為什么會(huì)是如此，而不是單純的接受。例如，在講到氣相外延制備摻雜的硅層時(shí)，示意圖如圖1所示。該原理很簡(jiǎn)單采用H2和SiH2Cl2反應(yīng)生成Si，同時(shí)摻入As或者B。在該圖中可以引導(dǎo)學(xué)生提問比如:“為什么硅片是傾斜放置的？”，然后通過講解邊界層理論，硅片水平放置時(shí)在其表面的氣體存在一層黏滯層，這會(huì)造成靠近氣體入口處硅片表面的外延層厚，這樣學(xué)生理解之后記憶便不成問題。

2.4 工藝過程的動(dòng)畫演示

限于篇幅及其它原因，對(duì)于一些工藝過程課本一般采用一幅圖用序號(hào)在不同位置標(biāo)出每步工藝步驟，但是這種方法容易讓學(xué)生混淆不清。因此，采用動(dòng)畫將工藝過程按步分解，這樣步驟更加清晰[3]。例如，在以CMOS為例講解半導(dǎo)體制備工藝流程，這對(duì)初學(xué)者來講較難分清不同步驟的具體位置和界限，另外每個(gè)工藝的完成還需要幾個(gè)步驟，如果采用動(dòng)畫呈現(xiàn)每個(gè)步驟，整個(gè)過程都會(huì)顯得清晰明了。

另外，一些抽象的過程，如晶格損傷、退火等，如果采用動(dòng)畫形象地演示該過程，也會(huì)幫助學(xué)生理解和記憶。

2.5 中英文結(jié)合的教學(xué)方法

教育部在2001 年頒發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中明確提出:“本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)。高新技術(shù)領(lǐng)域的生物技術(shù)、信息技術(shù)等專業(yè)，以及為適應(yīng)我國(guó)加入WTO后需要的金融、法律等專業(yè)，更要先行一步，力爭(zhēng)在三年內(nèi)，外語(yǔ)教學(xué)課程達(dá)到所開課程的5%～10%。”這進(jìn)一步明確了我國(guó)高等教育今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)加強(qiáng)本科教育教學(xué)改革的思路。實(shí)行雙語(yǔ)教學(xué)已經(jīng)成了我國(guó)深化教學(xué)改革，培養(yǎng)國(guó)際化、復(fù)合型人才的重要途徑。

在半導(dǎo)體制造技術(shù)這門課程的教學(xué)中采用中英結(jié)合的教學(xué)方法不但可以活躍課堂氣氛，加深記憶，同時(shí)也把專業(yè)英語(yǔ)詞匯融入非英語(yǔ)課程的教學(xué)，幫助學(xué)生拓寬詞匯量并快速進(jìn)行專業(yè)文獻(xiàn)查閱。

3 總結(jié)

《半導(dǎo)體制造技術(shù)》是一門專業(yè)性很強(qiáng)的課程，筆者根據(jù)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出采用整分合的教學(xué)方案。對(duì)于抽象的概念盡可能采用學(xué)生比較熟悉的事物來進(jìn)行比喻加深理解，而對(duì)于一些過工藝流程則采用動(dòng)畫流程圖使過程更加明朗化。另外，本門課程中涉及到大量的專業(yè)詞匯，對(duì)于這些專業(yè)名詞在課堂教學(xué)過程中采用中英結(jié)合的方法。通過以上方法，在專業(yè)性強(qiáng)、課時(shí)少的挑戰(zhàn)下盡可能重點(diǎn)突出、系統(tǒng)性地完成該門課程的教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張興，黃如，劉曉彥.微電子學(xué)概論.北京:北京大學(xué)出版社，2000.

[2] 王印月，找猛.改革半導(dǎo)體課程教學(xué)，融入研究性學(xué)習(xí)思想.高等理科教育，2003，1:69～71.

[2] 邵春聲.淺談“集成電路制造工藝”的課程建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐.常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，23:94～96.