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摘要：“集成电路工艺原理”是微电子学的核心专业课程，是联系半导体器件与集成电路的关键环节。针对课程实验所需的集成电路工艺线价格昂贵、成本很高、一般高校难以开设实验的特点出发，提出了以整合优化教学内容为中心，运用多媒体教学方法，辅以工艺模拟仿真实验、生产实习等实践教学，对“集成电路工艺原理”课程建设与教学改革进行了探讨与实践。
关键词：集成电路工艺原理；教学内容；教学方法
作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院电子科学与技术系，副教授。（上海?200090）
基金项目：本文系上海自然科学基金（B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（10110502200）资助的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0046-01
微电子产业的快速发展急需大量的高质量集成电路人才。优秀的集成电路设计工程师需要具备一定工艺基础，集成电路工艺设计和操作人员更需要熟悉工艺原理及技术，以便获得性能优越、良率高的集成电路芯片。因此“集成电路工艺原理”是微电子专业、电子科学与技术专业和其他相关专业一门重要的专业课程，其主要内容是介绍VLSI制造的主要工艺方法与原理，培养学生掌握半导体关键工艺方法及其原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定工艺设计及分析、解决工艺问题的能力。课程的实践性、技術性很强，需要大量的实践课程作为补充。但是超大规模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，国内仅有几所大学拥有供科研、教学用的集成电路工艺线或工艺试验线，很多高校开设的实验课程仅为最基本的半导体平面工艺实验，仅可以实现氧化、扩散、光刻和淀积等单步工艺，而部分学校仅能开设工艺原理理论课程。所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，通过课程建设和教学改革，改善集成电路工艺原理课程的教学效果是必要的。如何利用多种可能的方法开展工艺实验的教学、加强对本专业学生科学实验能力和实际工作能力以及专业素质的培养、提高微电子工艺课程的教学质量，是教师所面临的紧迫问题。
一、循序渐进，有增有减，科学安排教学内容
1.选择优秀教材
集成电路的复杂性一直以指数增长的速度不断增加，同时国内的集成电路工艺技术与发达国家和地区差距较大，故首先考虑选用引进的优秀国外教材。本课程首选教材是国外电子与通信教材系列中美国James D.Plummer著的《硅超大规模集成电路工艺技术—理论、实践与模型》中文翻译本。这本教材的内容丰富、全面介绍了集成电路制造过程中的各工艺步骤；同时技术先进，该书包含了集成电路工艺中一些前沿技术，如用于亚0.125μm工艺的最新技术、浅槽隔离以及双大马士革等工艺。另外，该书与其他硅集成电路工艺技术的教科书相比，具有显著的两个优点：其一是在书中第一章就介绍了一个完整的工艺过程。在教学过程中，一开始就对整个芯片的全部制造过程进行全面的介绍，有且与学生正确建立有关后续章节中将要讨论的各个不同的特定工艺步骤之间的相互联系；其二是贯穿全书的从实际工艺中提取的“活性”成分及工艺设计模拟实例。这些模拟实例有助于清楚地显示如氧化层的生长过程、掺杂剂的浓度分布情况或薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化，有助于学生真正认识和理解各种不同工艺步骤之间极其复杂的相互作用和影响。同时通过对这些模拟工具的学习和使用，有助于理论联系实际，提高实践教学效果。因而本教材是一本全面、先进和可读性强的专业书籍。
2.科学安排教学内容
如前所述，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。本课程仅32学时，而教材分11章，共602页，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如第1章的半导体器件，如PN二极管、双极型晶体管等知识已经在前续基础课程“半导体物理2”和“半导体器件3”中详细介绍，所以在课堂上不进行讲授。另一方面，合理安排教材内容的讲授次序。教材在讲授晶片清洗后即进入光刻内容，考虑工艺流程的顺序进行教学更有利于学生理解，没有按照教条的章节顺序，教学内容改变为按照清洗、氧化、扩散、离子注入、光刻、薄膜淀积、刻蚀、后端工艺、工艺集成等顺序进行。
另一方面，关注集成电路工艺的最新进展，及时将目前先进、主流的工艺技术融入课程教学中，如在课堂教学中介绍INTEL公司即将投产的采用了22nm工艺的代号为“Ivy Bridge”的处理器等。同时，积极邀请企业工程师或专家开展专题报告，将课程教学和行业工艺技术紧密结合，提高学生的积极性及主动性，提高教学效果。
3.引导自主学习
半导体产业正飞速发展，需要随时跟踪集成电路制造工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战，给学生布置若干集成电路工艺发展前沿与技术动态相关的专题，让学生自行查阅、整理资料，每一专题选派同学在课堂上给大家讲解。例如，在第一章讲解集成电路工艺发展历史时，要求同学前往国际半导体产业规划网站，阅读最新年份的国际半导体技术发展路线图，完成如最小特征指标、工作电压等相关技术指数的整理并作图说明发展趋势等。这样一方面激发了学生的求知欲，另一方面培养学生自我学习提高专业知识的能力。
二、丰富教学手段，进行多样化、形象化教学
1.采用多媒体教学手段
集成电路工艺教学中有大量的集成电路制造实际场景、工艺设备和流程和工艺实施后的晶圆细节、剖面图，只有通过多媒体才能给学生以直观、清楚的认识。从教学实践出发制作了图文并茂、内容丰富生动的多媒体教学系统，内容包括大量的集成电路工艺制造过程中相关工艺线设备图片、工艺步骤图片等。将一些典型的工艺步骤制成形象生动的Flash动画，系统、全面地展示了单晶生长、晶片清洗、外延、氧化、扩散、离子注入、淀积、光刻、刻蚀和溅射、工艺整合等各工艺过程。 2.利用集成电路制造录像辅助教学
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。在教学中分别给学生播放了国内及国际知名半导体公司的工艺录像。通过工艺设备录像可以把实际工艺和设备直观形象地展示在课堂，有助于学生深入学习、研究先进的集成电路制造技术，使一些抽象的概念和理论形象直观，易于讲解，同时可以使学生对实际生产过程有一个直观的认识。利用这些课程资源大大加强了该课程理论教学的直观性和临场感，提高了教学效果。
三、采用虚拟仿真的实验教学模式
1.开设虚拟仿真实验
为使学生对集成电路制造过程有一全面的认识，我院新建了微机机房和工作站，利用引进的微电子工艺多媒体教学软件进行工艺原理和实验的计算机辅助教学，供学生进行半导体工艺模拟。学生可采用这些软件先对单项工艺进行设计，然后结合具体器件的实际工艺流程，对整个器件前后道工艺之间的相互联系进行模拟分析，进而全面了解半导体器件制造流程及其各项工艺之间的相互影响。该实验方法既可以对模拟的工艺过程作深入细致的研究，又可以弥补某些实验暂无条件开出的不足，提高了實践教学效果。
2.开展工艺认知实习
借助地区优势，与相关半导体研究单位及制造公司进行了密切的校企合作，创造条件先后组织学生到上海捷硕微电子有限公司、上海上大众芯微电子有限公司、中国科学院上海技物所、中科院上海光激所等单位进行工艺认知实习。认知实习过程中，由公司经验丰富的一线研究人员或技术人员对相关的工艺环境、设备、技术和工艺流程对学生进行详细的讲解及操作演示，使学生对集成电路的生产场地、超净环境和制造设备具有深刻的感性认识；对芯片制造各工艺步骤、流程、测试和封装的学习更加系统、全面和直观。认知实习结束后，可以由学生和企业双向选择，部分优秀同学可进入相关企业进行毕业设计。
“集成电路工艺原理”是微电子学的核心专业课程。集成电路技术飞速发展的形势下，这门课程的开设及教学效果对微电子行业工艺人才的培养具有重要的意义。通过合理安排教学内容、积极采用可视化多媒体教学和开设模拟仿真实验、安排专题报告等环节进行课程建设，提高教学质量，培养有竞争力的高质量的微电子人才。
参考文献：
[1]James D. Plummer,Micheal D.Deal,Peter B.Griffin.硅超大规模集成电路工艺技术——理论、实践与模型[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]刘恩科,朱秉升,罗晋生.半导体物理学[M].北京:国防工业出版社,
2008.
[3]施敏.半导体器件物理与工艺[M].第2版.苏州:苏州大学出版社,
2002.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：集成电路工艺原理；教学内容；教学方法
作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院电子科学与技术系，副教授。（上海?200090）
基金项目：本文系上海自然科学基金（B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（10110502200）资助的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0046-01
微电子产业的快速发展急需大量的高质量集成电路人才。优秀的集成电路设计工程师需要具备一定工艺基础，集成电路工艺设计和操作人员更需要熟悉工艺原理及技术，以便获得性能优越、良率高的集成电路芯片。因此“集成电路工艺原理”是微电子专业、电子科学与技术专业和其他相关专业一门重要的专业课程，其主要内容是介绍VLSI制造的主要工艺方法与原理，培养学生掌握半导体关键工艺方法及其原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定工艺设计及分析、解决工艺问题的能力。课程的实践性、技術性很强，需要大量的实践课程作为补充。但是超大规模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，国内仅有几所大学拥有供科研、教学用的集成电路工艺线或工艺试验线，很多高校开设的实验课程仅为最基本的半导体平面工艺实验，仅可以实现氧化、扩散、光刻和淀积等单步工艺，而部分学校仅能开设工艺原理理论课程。所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，通过课程建设和教学改革，改善集成电路工艺原理课程的教学效果是必要的。如何利用多种可能的方法开展工艺实验的教学、加强对本专业学生科学实验能力和实际工作能力以及专业素质的培养、提高微电子工艺课程的教学质量，是教师所面临的紧迫问题。
一、循序渐进，有增有减，科学安排教学内容
1.选择优秀教材
集成电路的复杂性一直以指数增长的速度不断增加，同时国内的集成电路工艺技术与发达国家和地区差距较大，故首先考虑选用引进的优秀国外教材。本课程首选教材是国外电子与通信教材系列中美国James D.Plummer著的《硅超大规模集成电路工艺技术—理论、实践与模型》中文翻译本。这本教材的内容丰富、全面介绍了集成电路制造过程中的各工艺步骤；同时技术先进，该书包含了集成电路工艺中一些前沿技术，如用于亚0.125μm工艺的最新技术、浅槽隔离以及双大马士革等工艺。另外，该书与其他硅集成电路工艺技术的教科书相比，具有显著的两个优点：其一是在书中第一章就介绍了一个完整的工艺过程。在教学过程中，一开始就对整个芯片的全部制造过程进行全面的介绍，有且与学生正确建立有关后续章节中将要讨论的各个不同的特定工艺步骤之间的相互联系；其二是贯穿全书的从实际工艺中提取的“活性”成分及工艺设计模拟实例。这些模拟实例有助于清楚地显示如氧化层的生长过程、掺杂剂的浓度分布情况或薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化，有助于学生真正认识和理解各种不同工艺步骤之间极其复杂的相互作用和影响。同时通过对这些模拟工具的学习和使用，有助于理论联系实际，提高实践教学效果。因而本教材是一本全面、先进和可读性强的专业书籍。
2.科学安排教学内容
如前所述，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。本课程仅32学时，而教材分11章，共602页，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如第1章的半导体器件，如PN二极管、双极型晶体管等知识已经在前续基础课程“半导体物理2”和“半导体器件3”中详细介绍，所以在课堂上不进行讲授。另一方面，合理安排教材内容的讲授次序。教材在讲授晶片清洗后即进入光刻内容，考虑工艺流程的顺序进行教学更有利于学生理解，没有按照教条的章节顺序，教学内容改变为按照清洗、氧化、扩散、离子注入、光刻、薄膜淀积、刻蚀、后端工艺、工艺集成等顺序进行。
另一方面，关注集成电路工艺的最新进展，及时将目前先进、主流的工艺技术融入课程教学中，如在课堂教学中介绍INTEL公司即将投产的采用了22nm工艺的代号为“Ivy Bridge”的处理器等。同时，积极邀请企业工程师或专家开展专题报告，将课程教学和行业工艺技术紧密结合，提高学生的积极性及主动性，提高教学效果。
3.引导自主学习
半导体产业正飞速发展，需要随时跟踪集成电路制造工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战，给学生布置若干集成电路工艺发展前沿与技术动态相关的专题，让学生自行查阅、整理资料，每一专题选派同学在课堂上给大家讲解。例如，在第一章讲解集成电路工艺发展历史时，要求同学前往国际半导体产业规划网站，阅读最新年份的国际半导体技术发展路线图，完成如最小特征指标、工作电压等相关技术指数的整理并作图说明发展趋势等。这样一方面激发了学生的求知欲，另一方面培养学生自我学习提高专业知识的能力。
二、丰富教学手段，进行多样化、形象化教学
1.采用多媒体教学手段
集成电路工艺教学中有大量的集成电路制造实际场景、工艺设备和流程和工艺实施后的晶圆细节、剖面图，只有通过多媒体才能给学生以直观、清楚的认识。从教学实践出发制作了图文并茂、内容丰富生动的多媒体教学系统，内容包括大量的集成电路工艺制造过程中相关工艺线设备图片、工艺步骤图片等。将一些典型的工艺步骤制成形象生动的Flash动画，系统、全面地展示了单晶生长、晶片清洗、外延、氧化、扩散、离子注入、淀积、光刻、刻蚀和溅射、工艺整合等各工艺过程。 2.利用集成电路制造录像辅助教学
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。在教学中分别给学生播放了国内及国际知名半导体公司的工艺录像。通过工艺设备录像可以把实际工艺和设备直观形象地展示在课堂，有助于学生深入学习、研究先进的集成电路制造技术，使一些抽象的概念和理论形象直观，易于讲解，同时可以使学生对实际生产过程有一个直观的认识。利用这些课程资源大大加强了该课程理论教学的直观性和临场感，提高了教学效果。
三、采用虚拟仿真的实验教学模式
1.开设虚拟仿真实验
为使学生对集成电路制造过程有一全面的认识，我院新建了微机机房和工作站，利用引进的微电子工艺多媒体教学软件进行工艺原理和实验的计算机辅助教学，供学生进行半导体工艺模拟。学生可采用这些软件先对单项工艺进行设计，然后结合具体器件的实际工艺流程，对整个器件前后道工艺之间的相互联系进行模拟分析，进而全面了解半导体器件制造流程及其各项工艺之间的相互影响。该实验方法既可以对模拟的工艺过程作深入细致的研究，又可以弥补某些实验暂无条件开出的不足，提高了實践教学效果。
2.开展工艺认知实习
借助地区优势，与相关半导体研究单位及制造公司进行了密切的校企合作，创造条件先后组织学生到上海捷硕微电子有限公司、上海上大众芯微电子有限公司、中国科学院上海技物所、中科院上海光激所等单位进行工艺认知实习。认知实习过程中，由公司经验丰富的一线研究人员或技术人员对相关的工艺环境、设备、技术和工艺流程对学生进行详细的讲解及操作演示，使学生对集成电路的生产场地、超净环境和制造设备具有深刻的感性认识；对芯片制造各工艺步骤、流程、测试和封装的学习更加系统、全面和直观。认知实习结束后，可以由学生和企业双向选择，部分优秀同学可进入相关企业进行毕业设计。
“集成电路工艺原理”是微电子学的核心专业课程。集成电路技术飞速发展的形势下，这门课程的开设及教学效果对微电子行业工艺人才的培养具有重要的意义。通过合理安排教学内容、积极采用可视化多媒体教学和开设模拟仿真实验、安排专题报告等环节进行课程建设，提高教学质量，培养有竞争力的高质量的微电子人才。
参考文献：
[1]James D. Plummer,Micheal D.Deal,Peter B.Griffin.硅超大规模集成电路工艺技术——理论、实践与模型[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2]刘恩科,朱秉升,罗晋生.半导体物理学[M].北京:国防工业出版社,
2008.
[3]施敏.半导体器件物理与工艺[M].第2版.苏州:苏州大学出版社,
2002.
（责任编辑：王祝萍）