工程教育理念的半導體制造技術改革

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【摘要】半導體科學是一門近幾十年迅猛發展起來的重要新興學科，是計算機、通訊技術、電子技術、雷達、自動化技術等信息科學的基礎。半導體制造是半導體工業的重要分支，是集成電路產業的基礎。

【關鍵詞】CDIO；半導體制造技術；課程改革；產業結合

一、工程教育（CDIO）模式

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，在國家工業化信息化進程中，對獨立完整門類齊全的工業體系的形成與發展，有著不可替代的作用。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是以Conceive、Design、Implement、Operate（即構思、設計、實現、運作）一系列從產品研發到產品運行的產業周期為載體，讓學生在理論和實踐間過渡，完成自主學習。電子科學與技術專業是一個典型的工科專業，工程性和實踐性非常強，希望通過課程學習使得學生具有以下工程核心能力：（1）具有運用數學、自然科學及工程知識的能力；（2）具有設計與開展實驗，分析與解釋數據的能力；（3）具有開展工程實踐所需技術、技巧及使用現代工具的能力；（4）具有設計工程系統、組件或工藝流程的能力；（5）具有項目管理、有效溝通、領域整合與團隊合作的能力；（6）具有發掘、分析、應用研究成果基于工程教育理念的《半導體制造技術》課程改革◎潘穎司煒裴雪丹及綜合解決復雜工程問題的能力；（7）培養終身學習的習慣與能力；（8）具有基本工程倫理認知，尊重多元觀點。

二、課程目標與存在的問題

《制造》是面向高校電子科學與技術專業的一門工程技術核心主干課程。本課程主要介紹半導體工藝流程、關鍵工藝步驟，以及相關領域的新工藝、新設備、新技術，其目標是培養掌握基礎理論，熟悉專業知識，了解技術前沿，拓展科技視野，并具有一定工藝設計、分析解決實際工藝問題的電子科學與技術領域應用型工程創新人才。隨著電子行業對半導體器件微型化、高頻率、大功率、可靠性等要求的提高，半導體科學近幾十年的迅猛發展，《制造》內容也隨之不斷充實，內容繁雜、綜合性強、與實際工藝結合緊密。在這樣的現實情況下，《制造》課程的教學難度越來越大，主要體現在以下幾個方面（1）教學信息量大、課程學時有限，難以合理安排教學進度；（2）工藝設備昂貴，課程實踐需求難以滿足；（3）理論知識抽象，與實際工業聯系不緊密，學生的積極性和創造性難以提高；（4）課程考核形式單一，難以全面檢查教學成果。課程教學內容、方法、考核等一系列問題的背后，根本原因是當前《制造》課程的教學模式不盡合理，教學改革勢在必行。

三、課程建設思路

《制造》只有32學時，在有限的課時下，教師要指導學生掌握基礎理論，與實際工業生產流程相結合，引導學生進行創新性研究，幫助學生將課堂理論知識轉化為電路、版圖、工藝等設計能力。《制造》內容繁雜，難度大，實踐實習難以充分實現，需要教師在教學過程中選擇貼合產業的教材，突出重要知識點，合理分配學時，緊盯產業發展和先進工藝，更多的與產業實際融合，盡可能讓學生接觸實際制造過程，激發學生學習興趣，提高學習效果。《制造》涉及專業知識面廣（材料、物理、器件、工藝），緊跟技術發展，用簡單的試卷理論考核學生的學習成果不夠全面，課程考核方面也要打破固有的試卷核，避免學生靠死記硬背來應付考試，采用多元化的考察方式，考察學生的理論基礎掌握、創新思維能力、團隊協作能力。課外，要盡量給學生創造與產業接觸的機會。

四、《半導體制造技術》課程建設

1、教材選擇

《制造》與產業結合緊密，所以我們目前選用電子工業出版社由MichaelQiurk編著的《半導體制造技術》，該教材的特點是：理論扎實，詳細介紹了半導體材料、半導體物理、半導體器件相關知識點；結合產業，突出實際工藝詳細介紹了芯片制造中的關鍵工藝——理論、生產過程、工藝設備、質量分析等；緊隨發展，吸收介紹了深亞微米工藝下的先進技術——槽隔離、平坦化、Cu互聯等；容易理解，深入淺出，附有大量工藝圖、設備圖、結構圖，直觀形象。

2、教學內容

《制造》課程學時有限，教師在教學過程中需要突出知識重點，授課過程中帶領學生著重學習重點章節——材料準備、工藝流程、基本工藝操作、先進技術，對于輔助章節——化學品、沾污、檢測可以采用簡單介紹、學生課后自主學習的方式進行講授。《制造》相比于其他電子專業基礎課程，最大的特點是產業發展迅速，教材內容更新速度遠遠落后，所以授課教師需要密切關注產業發展，了解新工藝、新技術、新設備，讓學生的知識跟隨產業變化。

3、教學方法

課程教授過程中，希望增加學生的參與度和積極性，同時提高學生的團隊協作能力，所以采用傳統集中授課與小組作業相結合的模式。在集中授課過程中也要注意調動學生積極性，可以采用如下方式：（1）采用啟發式教學，以先導課程為基礎，引導學生積極思考；（2）采用問題式教學法，首先提出問題，分析問題的本質，探討解決問題的思路，最后給出解決問題的方法。培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力；（3）采用互動式教學法進行教學，注意調動學生學習的積極性，加強教師和學生的眼神交流和語言交流；（4）妥善處理教學中的重點和難點，引導學生學會逐步分解解決難點問題。

4、教學手段

傳統教學一般采用板書授課、作業考察的方式，展現方式死板，考察不全面，現在可以結合多媒體工具的演示多樣性，完成知識點與實際產業應用的結合，利用圖像、動畫、視頻等展示和講解復雜的器件結構和工藝過程，給以學生直觀、清楚的展示，提高學生學習興趣，引導學生的工程創新能力。建設課程網絡教學平臺，便于學生獲取最新學習資料，利于教師與學生之間的課后溝通，同時教師可觀察學生自主學習進度，適當提醒。

5、考核模式

課程減少考試比重，關注學生的學習過程，同時增加團隊大作業，鍛煉學生合作分工、解決問題的能力。

6、課程拓展

利用工藝流程仿真，以及校企合作平臺等方式驗證鞏固課堂學習內容，增加學生與產業接觸。綜上所述，針對《制造》課程的特點以及現有的教學問題，筆者結合產業，采用工程教育思路進行教學改進，與傳統模式的對比。

五、結語

在工程專業認證的指導思路下，本校電子科學與技術專業課程與產業結合，開啟工程教育（CDIO）模式改革。經過三屆的課程改革實踐，《制造》課程的教學突破了傳統理論“填鴨式”的教學方式，結合問題教學、互動學習、網絡教學、產業結合等新型教學模式。從教學成果看，學生反映課堂生動有趣，學生學習積極性大大提高，團隊合作、工程解決問題能力有所提高，達到了改革預期。

作者：潘穎 司煒 裴雪丹 單位：理工大學