结合CDIO工程教育理念的微电子工艺课程设计

　　只有高水平的课程教学才能培养出高素质的人才。“微电子工艺”课程建设的指导思想就是紧密结合CDIO教育理念，围绕提高人才培养质量这个核心,以培养适应国家集成电路设计产业化基地发展需要的高素质应用型人才为目标，以提高学生应用能力为重点，通过制定科学合理的课程建设规划，强化教学过程中现代教育技术和信息技术的应用与开发,优化课程教学内容，改革教学方法与手段，实行科学合理多元化的考核评价度，提高本课程教学效果。

　　1CDIO工程教育理念

　　CDIO工程教育模式，是由美国麻省理工学院、瑞典皇家工学院等四所大学共同创立的工程教育改革模式。是近年来国际工程教育改革的最新成果，CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)、运作(Operate)4个英文单词的缩写，以产品从研发到运行的生命周期为载体让学生以主动的、实践的、与课程之间有机联系的方式学习掌握知识&-4。迄今已有几十所世界著名大学加入了CDIO国际组织，这些学校采用CDIO工程教育理念和教学大纲开展教学实践，取得了良好的效果。

　　2存在的问题与课程建设思想

　　微电子技术研究的中心问题是集成电路的设计与制造,将数以亿计的晶体管集成在一个芯片上。微电子技术是信息技术的基础和支柱，是21世纪发展最活跃和技术增长最快的高新科技，其产业已超过汽车工业，成为全球第一大产业。微电子工艺课程主要介绍微电子器件和集成电路制造的工艺流程，平面工艺中各种工艺技术的基本原理、方法和主要特点。其课程建设思想是使学生对半导体器件和半导体集成电路制造工艺及原理有一个较为完整和系统的概念，掌握当前微电子芯片制作的工艺流程、主要设备、检测方法及其发展趋势^7]。

　　但目前该课程教学中存在较多问题，教学效果不佳，主要有如下几点：(1)教材陈旧，没有较适合的双语教材，难以适应跨国际的微电子制造工艺新技术的快速发展;(2)教学内容信息量大，在教学时间短、内容多的情况下，教师难以合理安排教学进度;(3)在课程设置上重理论轻实践，技术性和实践性的内容较少，与迅速发展的工业实际脱节;(4)教学方法单一,理论联系实际不紧密，不利于学生课堂积极性的提高与创造性的发挥“5)实践教学环境较差，由于微电子工艺设备十分昂贵，有待加强高校精密贵重仪器设备和优质实验教学资源共享平台和运行机制的建设;(6)教评形式单一，忽略了实践教学与考核，致使大多数学生只是死记硬背书本知识的学习方式来应付考试。

　　3微电子工艺的课程建设

　　3.1教材选取及教学内容改革

　　本课程教材选用经历了《芯片制造一半导体工艺制程实用教程》、《现代集成电路制造工艺原理》到目前的首选教材：国外电子与通信教材系列中，美国MichaelQiurk和JulianSerda著《半导体制造技术》韩郑生的中文翻译本。该书不仅详细介绍芯片制造中的每一关键工艺，而且介绍了支持这些工艺的设备以及每一道工艺的质量检测和故障排除;并吸收了当今最新技术资料，如用于亚0.25pm工艺的最新技术:化学机械抛光、浅槽隔离以及双大马士革等工艺;内容丰富、全面、深入浅出、直观形象、思考习题量大，并附有大量的结构示意图、设备图和SEM图片，学生很容易理解，最主要的相对前两本教材,它更加突出实际工艺，弱化了较抽象的原理。

　　教学内容上采取调整部分章节，突出教学重点，并适当增减部分教学内容。本课程的目的是使学生掌握半导体芯片制造的工艺和基本原理，并具有一定的工艺设计和分析能力,课程仅32学时，而教材分20章,600页，所以教师需要精选课堂授课内容。从衬底制备、薄膜淀积、掺杂技术到图形加工光刻技术以及布线与组装,所涉及的概念比较多，要突出重点：薄膜淀积(氧化、蒸发、溅射、MOCVD和外延等)，光刻与刻蚀技术、掺杂技术，需章节调整系统整合;对非关键工艺的5~8章(介绍半导体制造中的化学药品、污染及缺陷等内容)只作为学生课后自学阅读。第2章的半导体材料特性已在“固体物理”课程中详细介绍，第3章的器件技术已在‘‘半导体物理“晶体管原理”课程中介绍，第20章装配与封装会在“集成电路封装与测试”课程中介绍，故无需重复讲解。将第9章集成电路制造工艺概况放在后面串通整过工艺讲解，即通过联系单项工艺流程,具体分析讲解典型的CMOS芯片制造工艺流程,如由n-MOS和p-MOS两个晶体管构成的CMOS反相器，这样能够加深对离子注入、化学气相淀积、光刻关键技术、集成电路的隔离技术以及VLSI的接触与互连技术等内容的理解。

　　另一方面，指导学生查阅相关资料，对教材内容作必要的补充，微电子工艺技术的发展迅速，因此需要随时跟踪微电子工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战。特征尺寸为45nm的集成电路已批量生产，高K介质/金属栅层叠结构、应变硅技术已采用。而现有的集成电路工艺教材很少能涉及到这些新技术，为了防止知识陈旧，应多关注集成电路工艺的最新进展，尤其是已经投入批量生产的工艺技术，及时将目前主流的工艺技术融入课程教学中。

　　3.2教学方法的改革

　　(1)开发多媒体工艺教学软件，利用多媒体技术，将动画、声音、图形、图像、文字、视频等进行合理的处理，利用大量二维和三维的多媒体图片、视频来展示和讲解复杂的工艺构造过程。开发图文声像并茂的微电子工艺多媒体计算机辅助教学软件，给学生以直观、清楚的认识，有助于提高教学质量。

　　(2)微电子工艺综合共享实验平台建设，集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，运转与维护费用很大，国内仅部分高校拥有集成电路工艺试验线或部分实验分析设备。按照有偿服务或互惠互利原则共享设备仪器资源，创建各院校之间和与企业之间的“微电子工艺综合共享实验平台”可极大的提高集成电路工艺及其实验课程教学效果，即解决了一些院校资金短缺问题，同时也部分补偿了大型设备的日常使用和维护费用问题。其综合共享实验平台包括金属有机化合物MOCVD沉积技术、分子束外延、RF射频磁控溅射、XPS、XRD及AFM分析测试、光刻、离子注入等涉及投资巨大的仪器设备实验项目。

　　(3)拓展实践能力的校企合作，让学生带着理论知识走进企业的真实工程环境，探索利用企业先进的工艺线资源进行工艺实验教学与参观实习6-9]。参观实习能够使学生对集成电路的生产场地,超净环境要求具有深刻的感性认识，对单晶硅制造流程、芯片制造工艺过程以及芯片的测试和封装的了解也更加系统和全面。同时利用假期安排学生去企业实习，让学生参与企业的部分生产环节，亲身感受实际工艺生产过程，增加学生对企业的了解，也利于企业选拔优秀学生。

　　(4)工艺视频与工艺实验辅助教学，由于微电子工艺内容与生产密切结合，不能单靠抽象的书本知识教学，对于学生无法了解到的一些工艺实验与设备，可通过录像教学来补充。本学院购置了清华大学微电子所的集成电路工艺设备录像与多媒体教学系统，结合国外英文原版的工艺流程视频,通过工艺视频把实际工艺流程、设备和设备操作等形象地展示在课堂。多媒体教学系统提供了氧化、扩散和离子注入三项工艺设备操作模拟，可使学生身临其境地对所学的基本工艺进行简单的模拟。同时结合课堂教学开设半导体平面工艺实验，主要包括以：氧化、光刻、扩散、蒸铝、反刻、划片、装架、烧结、封装。实验以教师讲解与学生动手相结合，既培养了学生的实际动手能力，又使学生掌握了科学分析问题的方法，激发了学生的学习兴趣,加深学生对课堂理论知识的理解。

　　3.3多元化的考核评价体系

　　对学生的考核是对其具体学习成果的度量，也是检验教学改革成效的重要手段，为了更科学合理的考核学生，我们建立了多元化的更加注重过程参与的考试评价体系，降低了期末考试在总成绩中所占比例，最大限度避免学生靠死记硬背来应付考试和学生创新思维被抑制、高分低能现象产生。这种多元化、过程性的成绩评定方法，强调知识的积累与构建过程，消除了学生重理论轻实践,考前死记硬背应付考试的弊病。总评成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分构成。但加大平时成绩的权重,平时成绩即包括了作业与考勤，还包括综合性实验成绩、设计仿真、国外工艺视频翻译、专题小论文和专题PPT论坛团队成绩等。同时在期末考题中增加openanswerquestion型、工艺过程设计型题目110-11。

　　4结语

　　微电子工艺是微电子学本科学生重要的专业课程。针对课程特点并结合CDIO人才培养理念，从教学内容选取、教学方式与教学手段和实践能力培养等方面，探究了基于CDIO理念下应用型人才工程实践能力的培养，提出了包括精心选择优秀教材、及时更新教学内容、多方位构建教学平台、注重实践能力和创新能力培养与注重过程参与的考试评价体系等教学改革措施，以激发学生的学习兴趣,培养动手能力，提高课程教学质量，培养满足21世纪微电子工业所需的应用型专业技术人才。