微电子专业实践培养的问题分析及方法探索

姚育成 吕辉 杨道虹 耿亮 李劲

摘要在“新工科”背景下，本文在调研基础上分析了微电子专业实践培养的问题，结合我校微电子专業实践平台建设和教学，讨论了微电子分层次专业实验内容设置、校外校内实习和分散式校企联合培养等实践教学内容和方法，为培养芯片产业人才服务。

关键词 实践培养 微电子 校企合作

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.13.021

Analysis and Method Exploration of the Practical Training of Microelectronics

YAO Yucheng[1]， LV Hui[1]， YANG Daohong[2]， GENG Liang[1]， LI Jing[1]

（[1]School of Science， Hubei University of Technology， Wuhan， Hubei 430068；[2]Hubei Semiconductor Association， Wuhan， Hubei 430068）

AbstractUnder the background of the emerging engineering education，the microelectronics practical training problems were analyzed based on the investigation. The microelectronics hierarchical professional experiment content setting，practical training inand outthecampusand distributeduniversity-enterprise trainingwerediscussedcombining withourschoolmicroelectronicspracticalteachingandpracticeplatformconstruction.Itcanservethetalentcultivation of chip industry.

Keywordspractical training； microelectronics； university-enterprise

1微电子专业实践要求及其重要性

微电子技术是基于半导体工艺的微电子器件及电路系统集成的技术。随着集成度的提高，芯片设计和工艺的联系越来越紧密，工艺技术的基础地位更加凸显，[1]设计和工艺的一体化实践训练成为芯片制造工程师和系统集成设计工程师的共同要求。

微电子专业基础涉及抽象的物理知识和概念，偏重于微米、纳米级物理效应的研究，知识体系复杂，如果没有实验教学相结合，学生很难理解抽象的物理效应和实际的半导体器件和工艺之间的联系，也无法调动学生的学习兴趣和积极性。[2]缺乏设计和工艺一体化实践，学生无法理解工艺对半导体器件特性及电路集成的极限影响，理论设计也就变成了空中楼阁，微电子制造工艺等专业核心知识学习和能力培养更是直接基于实践，离开实验的工艺学习则完全是无源之水，根本无法达到知识能力培养的要求。因此科学足量的实践训练内容和科学的实践培养方法是微电子创新型工程人才培养的基本保证。

2目前微电子专业实践培养存在的问题

2.1校外实习环境要求高，规模化集中实习难以落到实处

实践训练一个最重要的方式就是实习，学生通过在企业生产线参观和操作，达到综合实践能力训练目的。但微电子专业相关的集成电路、微电子器件等生产环境为超净环境，生产环境的控制要求极高，生产现场的人员人数及出入都要符合一定标准。因此，相关企业的微电子生产工艺线通常不允许大批学生到现场进行参观学习，加上企业技术保密等因素，学生能有机会在企业远远的隔着玻璃墙走马观花已算不错，集体性实习操作无法实现。[3]根据我们组织的学生到武汉新芯集成电路制造有限公司和武汉天马微电子股份有限公司认知实习的情况看，大规模学生到企业进行生产实习不够现实，学生实习主要以参观通道参观为主。因此如果没有相应的补充措施，实习训练就无法落到实处，达不到实践能力培养的要求。

2.2学校一般性实验经费投入，无法满足微电子工艺实践培养需要

微电子实验内容主要是基于半导体材料和半导体物理的微电子器件和电路集成的设计、制造和封装相关技术和工艺实践，[5]与传统的电路板焊接、电子设备组装等电子实训已不属于同一层次，实验条件要求大大提高，设备昂贵，同时就要较高的运行维护费用，一般教学设备投入无法满足微电子工艺实践培养的需要。国内高校走访调研结果显示，除了部分拥有国家示范微电子学院的高校外，其他高校缺乏完整的微电子工艺实践平台，开不出微电子工艺实验课。微电子工艺、微电子器件等教学只能停留在课堂教学阶段，此类实践性要求高的课程无法达到良好的教学效果，同时也影响了所学理论知识的深入理解。

2.3实验条件的不足，造成实践内容设置的方向性偏离

因为缺乏实验平台，大部分高校微电子实验集中在集成电路设计和简单的半导体器件性能测试，微电子人才培养中也不自觉的存在重设计、轻工艺的方向性偏离。[5]部分将本应起辅助作用的虚拟仿真作为工艺实验全部，加上企业实习的难度，使学生始终没有微电子工艺设备和工艺过程的实际感受。从头到尾都是书本及屏幕里的实验教学无法使学生产生工程认知，难以激发学生的兴趣及潜能，达不到学生创新实践能力培养的要求。

3微电子实践平台建设的探索

3.1区域资源整合，形成微电子专业实验条件

微电子专业实验平台是专业实践有效开展的基础，微电子专业实验平台包括设计、工艺和测试三个方面，开展微电子工艺实验不仅要求光刻、镀膜、刻蚀等昂贵工艺设备，同时要求洁净工艺环境和硅片、光刻胶、清洗液、镀膜靶材、工艺及辅助气体等耗材，实验平台建设和运行费用极高，学校一般性实验经费投入，难以完成。国内高校走访调研结果显示，即使国建有国家示范微电子学院的高校，在微电子专业实验开设过程中也存在运行和维护费用问题，因此根据实际条件进行区域资源整合是建设微电子专业实验平台的最佳方法。通过区域内多所高校和企业合作，共同打造微电子专业实验、实训平台，如在一个中心城市区域内，根据现有基础条件和要求，政府推动由多所高校和企业在一个高校或企业打造微电子实验、实训共享平台，这样既能够解决了实验平台的有无问题，又可以提高平台使用效率，降低平台单位使用成本，同时实现良好的学生实践培养和企业员工培训服务。

3.2虚拟仿真和工艺实操相结合，提高实验平台效率及实验安全性

微电子工艺实验需要环境条件、實验设备和大量耗材，成本高。在等离子增强气相化学沉积、反应离子刻蚀等工艺实验环节存在硅烷等危险气体，风险高，学生不具备操作。适当配置部分工艺实验环节的虚拟仿真实验，为学生提供虚拟的实验训练平台，同时补充该实验的教师操作，学生观摩体验内容，在保证教学效果的基础上既可以大大节约实验成本，又提高了实验安全性。本校微电子工艺实验在PECVD薄膜沉浸和反应离子刻蚀等特殊实验环节设置虚拟仿真，同时设置了教师操作，学生观摩，教学效果良好。

3.3扩大校企合作，形成企业学生实践活动双选平台

企业一线实习实践始终是学生实践培养的最好方法。因为微电子类企业生产的特殊性，学生集中性实习条件企业无法提供，因此分散化企业实习实践是实践培养的良好形式。一般企业接收数量在2-5人，因此实现大部分学生能够进入企业需要比较庞大的合作企业群，共同打造好校企联合培养推荐平台。

4微电子专业实践教学探索

4.1分层次设置实验内容，形成完整的专业实验体系

4.1.1跟随课程，设置专业基础实验

作为电子信息类人才培养，模拟电子技术、数字电子技术、半导体物理，半导体器件等随课程设置基础学习和认知实验，提高学生对理论知识的理解和基础半导体器件的认识能力。微电子专业实验突出在半导体物理和半导体器件原理、结构、和性能测试等内容，通过实验同学可以验证相关专业理论，加深对半导体器件设计理论的认识，提高理解、思维能力和实验能力，为进一步的学习打下坚实的基础。

4.1.2随着专业知识深入，开展综合性专业实验

随着微电子工艺学和集成电路设计等专业理论内容的学习，集中设置集成电路设计和微电子工艺综合实验。完成集成电路或器件逻辑设计、版图设计，以三极管或MOS管等微电子器件为例，集中完成氧化、光刻、刻蚀、扩散、薄膜沉积等晶圆制造的主要制作工艺实验，结合工艺过程，配置微电子工艺中测及成测等环节所必需的显微结构测试、膜厚测试和半导体特性测试等测试实验。通过综合实验，使学生掌握集成电路设计原理，熟悉EDA工具，通过亲手完成半导体器件制造的整个工艺流程，充分理解和掌握半导体器件及制造工艺特点，培养学生对半导体器件原理研究的兴趣，促进学生将来从事半导体工艺物理方面的研究。

4.1.3设立大学生专业竞赛实训

目前国家级集成电路设计大赛已具有较大规模。实验内容设计时，灵活设置赛课实践内容，以集成电路设计大赛为目标引导，设立了大学生集成电路设计大赛实训项目和集成电路设计大赛校赛。学生根据自己兴趣自愿报名，组成团队参加自主选择指导老师，在指导老师帮助下完成创新实践计划项目，作为集成电路设计大赛区赛及国赛的实训和选拔。学生通过参加一系列竞赛课项目，提高了学习积极性和主动性，提高了分析问题和解决问题的能力。

4.1.4设立大学生创新实践项目

创新设计型实验是锻炼学生创新能力的最有效方法。整合校企合作实训、技术研究合作和专业竞赛等实际项目内容，根据实际条件合理取舍，形成设计型项目实验内容，将集成电路和微电子专业学生交叉组合形成若干实验小组，以项目小组的形式开展集成电路或微电子器件设计，利用无掩膜光刻实现项目小组设计作品的流片实验、最终完成设计作品的相关性能测试。通过项目作品的自主设计、流片操作，极大提高了学生的创新设计能力和动手操作能力，实现综合创新实践能力培养。

4.2加强校企协同，构建多样化实践教学模式

4.2.1融合实践项目，构建校外-校内实习模式

微电子专业企业大规模生产实习不能深入落地是客观事实，通过校外企业参观实习和校内综合项目实验操作落实实习实训，使学生生产实习落到实处，实现学生综合实践能力培养。以我校集成电路和微电子专业学生为例，实习分为企业参观实习和校内项目设计和操作两部分：首先到长江存储、武汉新芯集成电路制造有限公司、天马微电子股份有限公司等企业实地参观生产环境、生产设备和生产过程，开设介绍微电子行业基本生产技术和行业发展动态等内容的专题讲座，使学生对现代工业生产方式、本行业生产常用仪器设备及自动化程度、目前发展的先进设备和工艺水平及微电子行业的国内外现状与发展等产生系统了解。然后依托校内芯片设计与工艺实验中心集成电路设计和微电子工艺实验平台，对整合的项目实验内容，以项目小组的形式进行作品完成设计作品、制造工艺操作和相关性能测试，利用校内相对简单和自动化程度低的工艺实验平台，完成无法在企业完成的实操训练。通过参观实习和项目设计、工艺实验一体化，既保证了学生对工业生产的整体认知，又解决学生企业生产线实习无法深入落地问题。

4.2.2分散化联合实践培养，实现实习就业一体化

随着国内用工环境变化和模式发展，学生实践能力培养开始展现发达国家特点。微电子企业虽然无法针对大规模短时间的学生实习提供条件，但对小数量、针对性强、长时间的学生企业实习具有较强需求。为了便于学生企业实践良好开展，开展校企合作班形式的实习实践模式。学校积极和相关企业建立产学研合作，以此为基础建立一定数量的合作企业群，企业和学生通过双向选择形成多样化，分散形式的校企合作班群。学校从应用型课程的授课形式和选修课程的灵活设置保障学生实习实训的时间，学生与不同企业形成小型化校企合作班群实现实习就业一体化。我校成立芯片产业学院，并积极的与长江存储、天马微电子、芯动科技、长飞光纤光缆股份有限公司、敏芯半导体股份有限公司等十余家企业建立合作关系，目前已有部分学生参与分散化联合实践培养，不仅提高了学生实践能力，同时增强了就业能力。

4.3学生进企业，企业导师进课堂的教学模式

聘请集成电路设计、封装和测试等领域工程师或企业家为企业合作导师，由企业导师完成部分课程和毕业设计等实践教学内容。通过企业导师讲授和指导，调动学生结合实际综合分析能力。通过处理生产中接触到的实际问题让学生理解现有生产技术及个人如何适应微电子产业发展，让学生感受到微电子产业及该产业人才应具备的专业素养。我校依托芯片产业学院，聘请了长江存储、长飞光纤光缆股份有限公司、敏芯半导体股份有限公司等半导体企业12位企业工程师和高管为兼职教授。通过企业导师一学年的授课实践情况看，大幅度提高了学生对相关技术的理解和专业知识学习的积极性。

5小结

新经济发展形势下，微电子等专业人才的快速高质量培养是产业发展的迫切要求。创新实践能力培养是目前微电子专业人才培养面临的难题。论文讨论了微电子专业实验内容和校外校内联合实习、分散式实习方法，本校两届学生的培养实践显示出在提高学生创新实践能力方面具有较好效果。

依托项目：基于校企合作班的光电专业学生实践培养模式研究（2016034）；基于服务湖北省地方区域经济的集成电路产业人才培养探索与实践；集成电路专业创新创业一体化实践教学培养模式研究

参考文献

[1]龚雨兵.微电子制造工程专业实践教学的改进与思考.教育教学论坛，2018（13）：235-236.

[2]居水荣，王津飞，王志亮.微电子专业“3+2”分段培养项目实践教学体系的构建与实施.工业和信息化教育，2019（5）：15-19.

[3]王蔚，田丽，王喜莲等.校内实验室开设微电子生产实习的探索[J].电气电子教学学报，2009（2）：71-72.

[4]兰馗博，谢生，程思璐.微电子专业生产实习教学模式的探索与实践[J].高校实验室科学技术，2019（4）：24-27.

[5]王蔚，田丽.“微电子工艺与实践”课程群建设与教改实践[J].电气电子教学学报，2020（2）：48-51.