集成电路制造技术课程的改革探索

吴启琴，沈克强，赵俊霞，任丽丽，孙小羊

（三江学院 电子信息工程学院，江苏南京 210012）

随着经济的快速发展，我国集成电路产业也获得了较大发展，已经成为国家的核心产业[1]。目前，很多高校都开设了微电子专业，其中集成电路制造技术作为微电子专业的核心课程，被列入各高校微电子专业的必修课程[2]。大部分院校的集成电路制造技术课程的教学方式还是以传统的理论讲解模式为主，因工艺线上的设备采购费用高，同时做实验也较耗费时间，仅有少数高校配备了实验设备。因此，需对课程进行改革，在课程教学中加入虚拟制造实践环节，进一步巩固学生的理论知识，促使其将理论知识转化为实际操作，提升实践及应用能力，并具备发现及解决实际问题的能力。

1 集成电路制造技术课程改革的意义

三江学院属于应用型本科高校，人才培养目标是能够满足当今社会的发展需求，尤其是能满足应用技术类企业的人才需求，同时培养学生的创新创业精神。这些都离不开实践技能的锻炼和学习，课程教师需要引入企业的真实设计项目进行案例分析，因此，集成电路制造技术课程改革迫在眉睫。

2 课程培养目标

2.1 教学目标定位

集成电路制造技术课程的传统教学方式更侧重于理论教学[3]，在传统教学模式下，三江学院微电子方向的学生在集成电路制造技术课程中主要进行了理论学习，未能深入了解集成电路制造工艺，后期也没有实践课程进行强化练习。学生毕业后在集成电路方向的相关企业就业时，大部分很难直接开展集成电路制造技术项目设计工作。此外，企业用人偏向于到岗即能上手，不愿再投入额外的时间和精力培训员工。因此，学院对集成电路制造技术课程进行了教学改革与探索，在该课程中增加了虚拟制造器件的实践环节，在强化器件制造工艺理论学习的基础上，让学生通过计算机仿真，虚拟制造出微电子器件，从而模拟仿真器件结构图。

通过将集成制造技术课程的理论教学和项目化虚拟制造的实践教学相结合，让学生掌握以下的知识及技能：（1）了解集成电路发展历程和集成电路制造工艺的发展特点；（2）熟悉集成电路制造工艺基础；（3）掌握集成电路制造工艺，如氧化工艺、掺杂工艺、淀积工艺、钝化工艺、光刻工艺；（4）掌握集成电路制造技术Silvaco TCAD 仿真软件及其应用；（5）熟练利用工艺仿真软件对集成电路制造技术中的氧化、掺杂、淀积、钝化、光刻等工艺进行虚拟仿真；（6）掌握实践项目MOS/VDMOS 等器件的虚拟制造。

2.2 加强实践技能培养

虚拟制造的实践环节采用项目化教学方式，将学生分成若干项目组，并将实践课题分成几个子项目，采用仿真软件虚拟制造MOS/VDMOS 等器件完成。在器件虚拟制造工艺流程中，学生利用虚拟氧化工艺进行硅片表层氧化、栅氧化及场氧化；利用虚拟掺杂工艺进行阈值电压调整注入、多晶掺杂及源漏注入；利用虚拟淀积工艺进行多晶硅栅淀积、边墙氧化层淀积及金属铝淀积；利用虚拟钝化工艺进行器件表面生长一层磷硅玻璃，进而形成钝化膜，从而对器件进行钝化保护；利用虚拟光刻工艺进行氧化层光刻、多晶硅栅光刻及源漏区光刻接触窗口。以上的虚拟制造工艺都以子项目的形式进行虚拟仿真，让学生通过虚拟制造工艺模拟仿真出器件的结构图。此外，还将对器件的电学特性进行虚拟仿真分析，进行真正意义上的项目化集成电路制造技术课程的教学，以提升学生的器件虚拟制造项目设计技能，在实践过程中，学生能及时地发现问题并解决实际遇到的各种问题，提升实践应用能力。同时，通过改变器件的性能参数，不断进行模拟仿真，虚拟制造出性能更优的新型结构器件，拓展学生的思维，加强对学生创新精神的训练。通过加强对学生实践技能的培养，使学生更加专业化[3]，后期学院还将加大校企合作的力度，进一步促进学生的高质量就业[4]。

3 集成电路制造技术课程体系改革

3.1 改革课程教学方式

三江学院电子信息工程学院对学生的培养以实践应用为主，课程教学方向主要包括集成电路设计、微电子技术与专业实验和器件工艺制造技术等[5]，根据高等院校专业人才培养要求、学校微电子专业课程培养体系要求[6]，学院对集成电路制造技术课程进行了改革建设，改变了传统的教学方式，添加了项目化的实操环节，利用软件虚拟制造器件，让学生将所学理论运用于实践操作，提高学生学习的积极性[7]，让学生更好地理解教材中的知识点，从而更好地运用所学知识解决实际问题。课程改革将进一步提升人才培养的质量[8]，更好地为企业输送高素质的应用型人才[9-10]。

3.2 改革课程教学内容

集成电路制造技术课程特邀请东南大学教师沈克强带领学院教学团队，对集成电路制造技术课程进行改革。该课程为专业必修课，共48 学时，包含理论部分及项目化虚拟制造实践环节。理论部分由沈克强老师进行讲授，主要包括集成电路制造工艺发展过程、半导体材料的制备工艺、集成电路制造技术。在项目化虚拟制造实践环节，学生采用Silvaco TCAD 软件虚拟制造MOS/VDMOS 等器件，并对器件的电学特性进行虚拟仿真分析，子项目采用企业的工程设计项目作为案例，学生进行分析、学习。在进行项目化虚拟制造器件教学前，设立几个项目组，分组时需要全面考虑每个小组成员的学习、实践能力及个人特长，以便后期能顺利地完成项目的设计。比如，有的学生对编程比较熟悉，有的学生对各种微电子器件的结构比较理解，有的学生对器件的电学特性及工作原理相对了解，还有的学生擅长组织、交流，将各有所长的学生分配在一个小组，在后期项目化教学中，各小组就能够更好地进行团队合作及沟通交流，共同完成各个子项目的学习任务。集成电路制造技术课程授课内容的流程见图1。

图1 集成电路制造技术课程流程

集成电路制造技术实践课程利用Silvaco TCAD 软件进行MOS/VDMOS 等器件虚拟制造的项目化教学。教师对器件虚拟制造设计项目进行分工，分以下几个项目化实践步骤进行。

（1）先进行Silvaco TCAD 软件的使用讲解，通过教师演示、训练，使学生熟练使用该设计软件。

（2）熟悉集成电路制造工艺的流程，并利用Silvaco TCAD 软件进行虚拟氧化工艺、虚拟掺杂工艺、虚拟淀积工艺、虚拟光刻工艺的仿真设计，并进行微电子器件项目化的虚拟制造设计及其电学特性的虚拟仿真设计。

（3）对MOS 管的结构进行设计仿真，并虚拟制造出该MOS 管。

（4）对VDMOS 管的结构进行设计仿真，并虚拟制造出该VDMOS 管。

（5）在每个项目开始前，学生需预习该虚拟制造工艺流程并能进行仿真代码的编写，以培养独立思考的能力和创新思维。

（6）小组能够合作完成各个子项目的设计，能够独立进行查错和修改虚拟仿真语句，得出预期的器件虚拟结构图及电学特性虚拟仿真图。

在集成电路制造技术课程的项目化虚拟制造的实践环节中，要求学生最后能够虚拟制造出MOS/VDMOS 等器件，其虚拟结构见图2。

图2 器件虚拟结构图

3.3 改革课程考核方式及内容

集成电路制造技术课程的考核方式为考试，以往是开卷考试，学生可以翻看教材查找试题答案。改革后，学生的期末总成绩包含卷面分数和平时分数，期末考试方式也改成闭卷考试。此外，平时分数包括项目化虚拟制造的实践操作分数和实验报告分数，其中虚拟制造的实践操作分数将由各项目小组在课程授课时间内进行器件虚拟工艺仿真，组内各参数（掺杂浓度、氧化时间、氧化厚度、氧化温度、离子注入浓度等）采用不同的数据进行虚拟仿真，不同组间的数据一致，虚拟仿真完成后进行组间讨论，总结各参数对器件结构的影响，并通过各性能参数的调整，得到符合要求的虚拟器件结构图，最后将根据不同项目小组完成实践操作的程序性、正确性进行评分。项目结束后各小组成员提交一份项目设计报告，教师会结合该报告撰写的创意性、完整性和数据处理、分析综合给出实验报告分数。

4 结语

集成电路制造技术课程后期将利用线上资源持续进行教学改革，同时将集成电路制造技术的重难点和虚拟制造器件的仿真演示进行录屏讲解，让学生可以在课后线上观看视频学习。此外，学生在课后也能在线上与教师在讨论区进行互动交流。集成电路制造技术课程的改革，是一次有益的尝试，对授课教师而言，也是一次挑战[11]，教师在教学过程中采用项目化教学模式能够增强学生学习的积极性，提升学生的团队合作意识，并进一步培养学生的职业素养[12-13]。该课程的教学改革有利于集成电路制造专业人才的培养，同时有助于学生掌握最新的集成电路虚拟制造设计技术，提升学生项目设计及创新技能[14]。