微電子技術實訓平臺建設與實踐探索

管圖華， 黃媛媛

(南通大學 工程訓練中心，江蘇 南通 226019)

0 引 言

微電子技術是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件上的技術，是信息技術的基礎和支柱，是21世紀發展最活躍和技術增長最快的高新科技。微電子產業作為國民經濟和社會發展的戰略性、基礎性和先導性產業，是世界各國及地區經濟科技競爭的戰略制高點，也是聚集創新要素和投入資源最多的領域[1-3]。

1 微電子技術實訓平臺建設的重要性

(1) 課程體系建設的需求。作為承擔工程實踐教學的工程訓練中心，我們從“學以致用”的人才培養理念出發，形成了服務于全校學生的以能力培養為核心，融合知識、能力、素質為一體，基于分層次、多模塊、重集成的實訓教學模式。微電子技術實訓的課程是機電工程綜合課程體系的主要組成部分，它由工程認識、工程訓練、工程綜合創新幾個層次的教學內容所組成。

(2) 綜合能力培養的需求。工程訓練教學的主要目標是培養學生的工程實踐能力、技術應用能力、系統設計能力和創新創業能力，而微電子技術實訓是實踐性教學的重要課程之一，在電子信息技術飛速發展的時代，微電子技術具有極強的滲透性和廣闊的發展前景[4]，相關模塊的訓練可提高學生分析問題解決問題的能力，培養學生科學研究的興趣，激發學生的創新意識。

(3) 校企順利接軌的需求。微電子技術相關企業對環境要求非常高，通常很難大批學生到生產現場實習參觀，且為了防止企業核心技術泄密，一般實習也是走馬觀花，或者在專業實驗室用一些基本實驗來代替[5]。工程訓練中心以社會需求為向導，以實際工程為背景，以工程技術為主線[6-7]，建設微電子技術實訓平臺，具有獨特的實踐教學資源優勢，有利于校企順利接軌，為卓越工程師培養提供了有力保障。

2 建設目標

微電子技術實訓平臺主要面向理工科專業學生，是一個特色鮮明的實訓教學平臺，也是產學研一體化的重要體現。它基于半導體物理實驗室，按照企業超凈車間標準，構建微電子工藝實訓平臺，凈化等級達到萬級。實訓平臺的定位目標是，培養學生較高的工程素質、較強的實驗技能和動手實踐能力。實訓平臺既可以滿足一般性工程認識工程訓練課程教學模塊的需要，又可以滿足學生完成半導體物理專業課程相關的實訓項目和更高層次的創新性項目需要。

3 平臺構成

實訓平臺主要由：緩沖區、更衣室、風淋間、實訓教學區、曝光區、氣體間等區域構成，如圖1所示。

緩沖區更衣室風淋間實訓教學區曝光區氣體間

圖1 實訓平臺功能分區示意圖

(1) 緩沖區。為保證實訓區域內的潔凈度，所有原物料進入實訓教學區之前，需先在實訓區外拆箱及拭凈，并置于緩沖區30 min后，方可進入。

(2) 更衣室。為保證實訓區域內的潔凈度，保證實訓過程中半導體材料不受人體產生的微粒(如皮屑和頭發)污染，進入實訓教學區域內的所有人員需更換防塵服，佩戴口罩和手套。防塵服采用不掉毛、防靜電的纖維制成，可穿在日常衣服的外面。

(3) 風淋間。為了減少由于人員、原料物進出所帶來的大量塵埃粒子，經高效過濾器過濾后的潔凈氣流由可旋轉噴嘴從各個方向噴射至人體、原料物上，有效而迅速清除塵埃粒子。

(4) 實訓教學區。為了提高實踐教學的效果，該區配備了多媒體教學設備可同時進行理論教學和實踐教學。

(5) 曝光區。針對實訓過程有特殊要求的工藝步驟，設置了黃色光源的曝光區，可進行光刻、勻膠等工藝。

(6) 氣體間。為保證實訓教學區域安全，對實訓過程中可能使用的氣體進行單獨存放。氣體配有氮氣、氧氣、氨氣、硅烷等。

4 功能分區

在器件及工藝方面，配備了氧化擴散爐、光刻機、勻膠機、刻蝕機、純水機及烘箱等設備，用于半導體材料的氧化、擴散、光刻、刻蝕等；在材料制備及參數測試方面，配備了四探針測試儀、CVD管式爐、磁控濺射沉積系統、真空鍍膜機、退火爐、等離子化學氣相沉積臺等設備，用于方塊電阻、電阻率、膜厚測試等。如圖2所示。

(1) 氧化擴散爐。半導體生產前工序的重要工藝設備之一，用于大規模集成電路、分立器件、光電器件和光導纖維等行業的擴散、氧化、退火、合金及燒結等工藝。本實訓平臺內采用的是水平擴散爐，有三個工藝爐管，控制系統采用的是日本島電MR13操作系統。

(2) 光刻機。又名紫外曝光機，用于制作圖形工藝，將掩模版的圖形轉移到表面勻膠的硅片上，或將器件、電路結構臨時“復制”到硅片上。

(3) 勻膠機。半導體材料制備的基礎工藝設備之一，用于在半導體材料表面均勻涂抹膠液。即在高速旋轉的基片上，滴注各類膠液，利用離心力使滴在基片上的膠液均勻地涂覆在基片上，可通過調節轉速及時間控制膠液的厚度。

(4) 刻蝕機?？涛g工藝的主要設備之一，用于半導體材料表面有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜層除去，從而在薄膜上得到和抗蝕劑膜上完全一致的圖形。本實訓平臺采用濕法刻蝕機，用稀釋的氫氟酸、液體氫氧化鈉進行實踐操作。

(5) 純水機。制備實驗室純水的設備，采用多級濾芯進行水質凈化處理，不添加化學物質的過濾、吸附、反滲透等物理方法。本實訓平臺的純水機制備的水質達15兆歐，符合電子行業生產所需超純水水質要求。

氧化擴散爐光刻機勻膠機濕法刻蝕機純水機磁控濺射沉積系統真空鍍膜機等離子化學氣相沉積臺

圖2 實訓平臺部分主要儀器設備示意圖

(6) 磁控濺射沉積系統。制模工藝的主要設備之一，是利用磁場與電場交互作用，使電子在靶表面附近成螺旋狀運行，從而增大電子撞擊氬氣產生離子的概率。所產生的離子在電場作用下撞向靶面從而濺射出靶材，最終沉積在半導體材料表面，形成薄膜。本實訓平臺采用JGP-450型磁控濺射沉積系統。

(7) 真空鍍膜機。制模工藝的主要設備之一，是利用加熱使靶材表面組分以原子團或離子形式被蒸發出來，最終沉積在半導體材料表面，形成薄膜。

(8) 等離子化學氣相沉積臺。制模工藝的主要設備之一，是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，在基片上沉積所期望的薄膜。本實訓平臺內主要配備氮氣、氧氣、硅烷等氣體，主要制備氮化硅薄膜。

5 教學運行

目前，微電子技術實訓課程主要涵蓋了三個層次，有步驟地、系統地、全面地提高學生的實踐創新能力。

(1) 工程意識的培養。初步獲得微電子生產制造工藝的基礎知識，了解生產過程和最新技術，初步接觸微電子專業設備及系統的設計，制作過程和運行方式。該層次實訓課程主要以工程背景認識、環境設備介紹為主，培養學生建立責任、質量、安全、創新、群體、社會競爭等工程意識和工程素質。

(2) 實踐能力的培養。主要讓學生了解整個工藝流程，做若干獨立的實訓項目，熟悉相關儀器設備的操作。該層次實訓課程主要是在教師示范的基礎上，學生通過觀察，模仿操作，獨立完成實訓項目，培養學生的工程實踐技能。

(3) 綜合創新能力的培養。主要讓學生面對工程實際問題，自行確定目標方案，設計產品參數，整理制作結果并進行調試分析，提交分析報告。該層次實訓課程主要以擴充理論教學為基礎，使學生綜合利用專業知識進行自主設計實訓方案，培養學生的獨立操作和團隊協作等綜合能力。

6 共建共用，資源共享

實訓平臺作為實踐教學和科研創新場所，投入大，技術要求高，我們通過充分論證和協商建設完成。我們與相關學院開展項目共建、資源共用、利益共享，充分利用了教學環境，避免了儀器設備的重復購置，提高了設備的使用效率。目前，實訓平臺一方面與學院合作開設相關專業實驗實訓課程；另一方面，獨立開設微電子技術實訓課程，并在進一步完善的基礎上，尋求與企業的廣泛合作。

為了充分發揮平臺的作用，我們努力建設“雙師型”[8-10]的教師隊伍，確保教學質量。同時，我們按照生產車間的要求和標準制定了詳細的管理制度和操作規程[11-15]，實行準企業化管理。

7 實施效果

通過工程實踐教學創新模式的實踐探索，課程教學順利推進。目前，微電子技術實訓平臺每學期共承擔兩門課程240學時的實訓教學任務，并對學生創新訓練開放。課程的滿意度達98%以上。通過實訓課程的學習，學生可以熟悉集成電路圖案轉移、光刻和硅熱氧化等技術工藝，并完成半導體二極管、晶體三極管和簡易太陽能電池等元器件的制作與測試，使學生身臨其境地體驗企業生產氛圍，解決了企業直接承擔課程的困難和矛盾，使理論與實踐得到充分結合，效果顯著。

8 結 語

未來建設過程中還將圍繞實訓平臺建立多元化學習機制、實行全方位開放使用，緊密圍繞CDIO教育理念，深入研究實踐教學模式，大力培養適應職業崗位需求的高技能應用型創新人才。

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·名人名言·

在科學上沒有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著其崎嶇之路攀登的人，才有希望達到它光輝的頂點。

——馬克思