集成電路制造技術(shù)課程的改革探索

吳啟琴，沈克強，趙俊霞，任麗麗，孫小羊

（三江學院 電子信息工程學院，江蘇南京 210012）

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)也獲得了較大發(fā)展，已經(jīng)成為國家的核心產(chǎn)業(yè)[1]。目前，很多高校都開設(shè)了微電子專業(yè)，其中集成電路制造技術(shù)作為微電子專業(yè)的核心課程，被列入各高校微電子專業(yè)的必修課程[2]。大部分院校的集成電路制造技術(shù)課程的教學方式還是以傳統(tǒng)的理論講解模式為主，因工藝線上的設(shè)備采購費用高，同時做實驗也較耗費時間，僅有少數(shù)高校配備了實驗設(shè)備。因此，需對課程進行改革，在課程教學中加入虛擬制造實踐環(huán)節(jié)，進一步鞏固學生的理論知識，促使其將理論知識轉(zhuǎn)化為實際操作，提升實踐及應(yīng)用能力，并具備發(fā)現(xiàn)及解決實際問題的能力。

1 集成電路制造技術(shù)課程改革的意義

三江學院屬于應(yīng)用型本科高校，人才培養(yǎng)目標是能夠滿足當今社會的發(fā)展需求，尤其是能滿足應(yīng)用技術(shù)類企業(yè)的人才需求，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。這些都離不開實踐技能的鍛煉和學習，課程教師需要引入企業(yè)的真實設(shè)計項目進行案例分析，因此，集成電路制造技術(shù)課程改革迫在眉睫。

2 課程培養(yǎng)目標

2.1 教學目標定位

集成電路制造技術(shù)課程的傳統(tǒng)教學方式更側(cè)重于理論教學[3]，在傳統(tǒng)教學模式下，三江學院微電子方向的學生在集成電路制造技術(shù)課程中主要進行了理論學習，未能深入了解集成電路制造工藝，后期也沒有實踐課程進行強化練習。學生畢業(yè)后在集成電路方向的相關(guān)企業(yè)就業(yè)時，大部分很難直接開展集成電路制造技術(shù)項目設(shè)計工作。此外，企業(yè)用人偏向于到崗即能上手，不愿再投入額外的時間和精力培訓(xùn)員工。因此，學院對集成電路制造技術(shù)課程進行了教學改革與探索，在該課程中增加了虛擬制造器件的實踐環(huán)節(jié)，在強化器件制造工藝理論學習的基礎(chǔ)上，讓學生通過計算機仿真，虛擬制造出微電子器件，從而模擬仿真器件結(jié)構(gòu)圖。

通過將集成制造技術(shù)課程的理論教學和項目化虛擬制造的實踐教學相結(jié)合，讓學生掌握以下的知識及技能：（1）了解集成電路發(fā)展歷程和集成電路制造工藝的發(fā)展特點；（2）熟悉集成電路制造工藝基礎(chǔ)；（3）掌握集成電路制造工藝，如氧化工藝、摻雜工藝、淀積工藝、鈍化工藝、光刻工藝；（4）掌握集成電路制造技術(shù)Silvaco TCAD 仿真軟件及其應(yīng)用；（5）熟練利用工藝仿真軟件對集成電路制造技術(shù)中的氧化、摻雜、淀積、鈍化、光刻等工藝進行虛擬仿真；（6）掌握實踐項目MOS/VDMOS 等器件的虛擬制造。

2.2 加強實踐技能培養(yǎng)

虛擬制造的實踐環(huán)節(jié)采用項目化教學方式，將學生分成若干項目組，并將實踐課題分成幾個子項目，采用仿真軟件虛擬制造MOS/VDMOS 等器件完成。在器件虛擬制造工藝流程中，學生利用虛擬氧化工藝進行硅片表層氧化、柵氧化及場氧化；利用虛擬摻雜工藝進行閾值電壓調(diào)整注入、多晶摻雜及源漏注入；利用虛擬淀積工藝進行多晶硅柵淀積、邊墻氧化層淀積及金屬鋁淀積；利用虛擬鈍化工藝進行器件表面生長一層磷硅玻璃，進而形成鈍化膜，從而對器件進行鈍化保護；利用虛擬光刻工藝進行氧化層光刻、多晶硅柵光刻及源漏區(qū)光刻接觸窗口。以上的虛擬制造工藝都以子項目的形式進行虛擬仿真，讓學生通過虛擬制造工藝模擬仿真出器件的結(jié)構(gòu)圖。此外，還將對器件的電學特性進行虛擬仿真分析，進行真正意義上的項目化集成電路制造技術(shù)課程的教學，以提升學生的器件虛擬制造項目設(shè)計技能，在實踐過程中，學生能及時地發(fā)現(xiàn)問題并解決實際遇到的各種問題，提升實踐應(yīng)用能力。同時，通過改變器件的性能參數(shù)，不斷進行模擬仿真，虛擬制造出性能更優(yōu)的新型結(jié)構(gòu)器件，拓展學生的思維，加強對學生創(chuàng)新精神的訓(xùn)練。通過加強對學生實踐技能的培養(yǎng)，使學生更加專業(yè)化[3]，后期學院還將加大校企合作的力度，進一步促進學生的高質(zhì)量就業(yè)[4]。

3 集成電路制造技術(shù)課程體系改革

3.1 改革課程教學方式

三江學院電子信息工程學院對學生的培養(yǎng)以實踐應(yīng)用為主，課程教學方向主要包括集成電路設(shè)計、微電子技術(shù)與專業(yè)實驗和器件工藝制造技術(shù)等[5]，根據(jù)高等院校專業(yè)人才培養(yǎng)要求、學校微電子專業(yè)課程培養(yǎng)體系要求[6]，學院對集成電路制造技術(shù)課程進行了改革建設(shè)，改變了傳統(tǒng)的教學方式，添加了項目化的實操環(huán)節(jié)，利用軟件虛擬制造器件，讓學生將所學理論運用于實踐操作，提高學生學習的積極性[7]，讓學生更好地理解教材中的知識點，從而更好地運用所學知識解決實際問題。課程改革將進一步提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量[8]，更好地為企業(yè)輸送高素質(zhì)的應(yīng)用型人才[9-10]。

3.2 改革課程教學內(nèi)容

集成電路制造技術(shù)課程特邀請東南大學教師沈克強帶領(lǐng)學院教學團隊，對集成電路制造技術(shù)課程進行改革。該課程為專業(yè)必修課，共48 學時，包含理論部分及項目化虛擬制造實踐環(huán)節(jié)。理論部分由沈克強老師進行講授，主要包括集成電路制造工藝發(fā)展過程、半導(dǎo)體材料的制備工藝、集成電路制造技術(shù)。在項目化虛擬制造實踐環(huán)節(jié)，學生采用Silvaco TCAD 軟件虛擬制造MOS/VDMOS 等器件，并對器件的電學特性進行虛擬仿真分析，子項目采用企業(yè)的工程設(shè)計項目作為案例，學生進行分析、學習。在進行項目化虛擬制造器件教學前，設(shè)立幾個項目組，分組時需要全面考慮每個小組成員的學習、實踐能力及個人特長，以便后期能順利地完成項目的設(shè)計。比如，有的學生對編程比較熟悉，有的學生對各種微電子器件的結(jié)構(gòu)比較理解，有的學生對器件的電學特性及工作原理相對了解，還有的學生擅長組織、交流，將各有所長的學生分配在一個小組，在后期項目化教學中，各小組就能夠更好地進行團隊合作及溝通交流，共同完成各個子項目的學習任務(wù)。集成電路制造技術(shù)課程授課內(nèi)容的流程見圖1。

圖1 集成電路制造技術(shù)課程流程

集成電路制造技術(shù)實踐課程利用Silvaco TCAD 軟件進行MOS/VDMOS 等器件虛擬制造的項目化教學。教師對器件虛擬制造設(shè)計項目進行分工，分以下幾個項目化實踐步驟進行。

（1）先進行Silvaco TCAD 軟件的使用講解，通過教師演示、訓(xùn)練，使學生熟練使用該設(shè)計軟件。

（2）熟悉集成電路制造工藝的流程，并利用Silvaco TCAD 軟件進行虛擬氧化工藝、虛擬摻雜工藝、虛擬淀積工藝、虛擬光刻工藝的仿真設(shè)計，并進行微電子器件項目化的虛擬制造設(shè)計及其電學特性的虛擬仿真設(shè)計。

（3）對MOS 管的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計仿真，并虛擬制造出該MOS 管。

（4）對VDMOS 管的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計仿真，并虛擬制造出該VDMOS 管。

（5）在每個項目開始前，學生需預(yù)習該虛擬制造工藝流程并能進行仿真代碼的編寫，以培養(yǎng)獨立思考的能力和創(chuàng)新思維。

（6）小組能夠合作完成各個子項目的設(shè)計，能夠獨立進行查錯和修改虛擬仿真語句，得出預(yù)期的器件虛擬結(jié)構(gòu)圖及電學特性虛擬仿真圖。

在集成電路制造技術(shù)課程的項目化虛擬制造的實踐環(huán)節(jié)中，要求學生最后能夠虛擬制造出MOS/VDMOS 等器件，其虛擬結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 器件虛擬結(jié)構(gòu)圖

3.3 改革課程考核方式及內(nèi)容

集成電路制造技術(shù)課程的考核方式為考試，以往是開卷考試，學生可以翻看教材查找試題答案。改革后，學生的期末總成績包含卷面分數(shù)和平時分數(shù)，期末考試方式也改成閉卷考試。此外，平時分數(shù)包括項目化虛擬制造的實踐操作分數(shù)和實驗報告分數(shù)，其中虛擬制造的實踐操作分數(shù)將由各項目小組在課程授課時間內(nèi)進行器件虛擬工藝仿真，組內(nèi)各參數(shù)（摻雜濃度、氧化時間、氧化厚度、氧化溫度、離子注入濃度等）采用不同的數(shù)據(jù)進行虛擬仿真，不同組間的數(shù)據(jù)一致，虛擬仿真完成后進行組間討論，總結(jié)各參數(shù)對器件結(jié)構(gòu)的影響，并通過各性能參數(shù)的調(diào)整，得到符合要求的虛擬器件結(jié)構(gòu)圖，最后將根據(jù)不同項目小組完成實踐操作的程序性、正確性進行評分。項目結(jié)束后各小組成員提交一份項目設(shè)計報告，教師會結(jié)合該報告撰寫的創(chuàng)意性、完整性和數(shù)據(jù)處理、分析綜合給出實驗報告分數(shù)。

4 結(jié)語

集成電路制造技術(shù)課程后期將利用線上資源持續(xù)進行教學改革，同時將集成電路制造技術(shù)的重難點和虛擬制造器件的仿真演示進行錄屏講解，讓學生可以在課后線上觀看視頻學習。此外，學生在課后也能在線上與教師在討論區(qū)進行互動交流。集成電路制造技術(shù)課程的改革，是一次有益的嘗試，對授課教師而言，也是一次挑戰(zhàn)[11]，教師在教學過程中采用項目化教學模式能夠增強學生學習的積極性，提升學生的團隊合作意識，并進一步培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)[12-13]。該課程的教學改革有利于集成電路制造專業(yè)人才的培養(yǎng)，同時有助于學生掌握最新的集成電路虛擬制造設(shè)計技術(shù)，提升學生項目設(shè)計及創(chuàng)新技能[14]。