工程教育理念的半導(dǎo)體制造技術(shù)改革

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【摘要】半導(dǎo)體科學(xué)是一門近幾十年迅猛發(fā)展起來的重要新興學(xué)科，是計算機(jī)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)、雷達(dá)、自動化技術(shù)等信息科學(xué)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體制造是半導(dǎo)體工業(yè)的重要分支，是集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】CDIO；半導(dǎo)體制造技術(shù)；課程改革；產(chǎn)業(yè)結(jié)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(yè)化信息化進(jìn)程中，對獨(dú)立完整門類齊全的工業(yè)體系的形成與發(fā)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(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作）一系列從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的產(chǎn)業(yè)周期為載體，讓學(xué)生在理論和實(shí)踐間過渡，完成自主學(xué)習(xí)。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是一個典型的工科專業(yè)，工程性和實(shí)踐性非常強(qiáng)，希望通過課程學(xué)習(xí)使得學(xué)生具有以下工程核心能力：（1）具有運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)及工程知識的能力；（2）具有設(shè)計與開展實(shí)驗(yàn)，分析與解釋數(shù)據(jù)的能力；（3）具有開展工程實(shí)踐所需技術(shù)、技巧及使用現(xiàn)代工具的能力；（4）具有設(shè)計工程系統(tǒng)、組件或工藝流程的能力；（5）具有項(xiàng)目管理、有效溝通、領(lǐng)域整合與團(tuán)隊合作的能力；（6）具有發(fā)掘、分析、應(yīng)用研究成果基于工程教育理念的《半導(dǎo)體制造技術(shù)》課程改革◎潘穎司煒裴雪丹及綜合解決復(fù)雜工程問題的能力；（7）培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣與能力；（8）具有基本工程倫理認(rèn)知，尊重多元觀點(diǎn)。

二、課程目標(biāo)與存在的問題

《制造》是面向高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門工程技術(shù)核心主干課程。本課程主要介紹半導(dǎo)體工藝流程、關(guān)鍵工藝步驟，以及相關(guān)領(lǐng)域的新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)，其目標(biāo)是培養(yǎng)掌握基礎(chǔ)理論，熟悉專業(yè)知識，了解技術(shù)前沿，拓展科技視野，并具有一定工藝設(shè)計、分析解決實(shí)際工藝問題的電子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用型工程創(chuàng)新人才。隨著電子行業(yè)對半導(dǎo)體器件微型化、高頻率、大功率、可靠性等要求的提高，半導(dǎo)體科學(xué)近幾十年的迅猛發(fā)展，《制造》內(nèi)容也隨之不斷充實(shí)，內(nèi)容繁雜、綜合性強(qiáng)、與實(shí)際工藝結(jié)合緊密。在這樣的現(xiàn)實(shí)情況下，《制造》課程的教學(xué)難度越來越大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面（1）教學(xué)信息量大、課程學(xué)時有限，難以合理安排教學(xué)進(jìn)度；（2）工藝設(shè)備昂貴，課程實(shí)踐需求難以滿足；（3）理論知識抽象，與實(shí)際工業(yè)聯(lián)系不緊密，學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性難以提高；（4）課程考核形式單一，難以全面檢查教學(xué)成果。課程教學(xué)內(nèi)容、方法、考核等一系列問題的背后，根本原因是當(dāng)前《制造》課程的教學(xué)模式不盡合理，教學(xué)改革勢在必行。

三、課程建設(shè)思路

《制造》只有32學(xué)時，在有限的課時下，教師要指導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論，與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)流程相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性研究，幫助學(xué)生將課堂理論知識轉(zhuǎn)化為電路、版圖、工藝等設(shè)計能力。《制造》內(nèi)容繁雜，難度大，實(shí)踐實(shí)習(xí)難以充分實(shí)現(xiàn)，需要教師在教學(xué)過程中選擇貼合產(chǎn)業(yè)的教材，突出重要知識點(diǎn)，合理分配學(xué)時，緊盯產(chǎn)業(yè)發(fā)展和先進(jìn)工藝，更多的與產(chǎn)業(yè)實(shí)際融合，盡可能讓學(xué)生接觸實(shí)際制造過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果?！吨圃臁飞婕皩I(yè)知識面廣（材料、物理、器件、工藝），緊跟技術(shù)發(fā)展，用簡單的試卷理論考核學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)生靠死記硬背來應(yīng)付考試，采用多元化的考察方式，考察學(xué)生的理論基礎(chǔ)掌握、創(chuàng)新思維能力、團(tuán)隊協(xié)作能力。課外，要盡量給學(xué)生創(chuàng)造與產(chǎn)業(yè)接觸的機(jī)會。

四、《半導(dǎo)體制造技術(shù)》課程建設(shè)

1、教材選擇

《制造》與產(chǎn)業(yè)結(jié)合緊密，所以我們目前選用電子工業(yè)出版社由MichaelQiurk編著的《半導(dǎo)體制造技術(shù)》，該教材的特點(diǎn)是：理論扎實(shí)，詳細(xì)介紹了半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件相關(guān)知識點(diǎn)；結(jié)合產(chǎn)業(yè)，突出實(shí)際工藝詳細(xì)介紹了芯片制造中的關(guān)鍵工藝——理論、生產(chǎn)過程、工藝設(shè)備、質(zhì)量分析等；緊隨發(fā)展，吸收介紹了深亞微米工藝下的先進(jìn)技術(shù)——槽隔離、平坦化、Cu互聯(lián)等；容易理解，深入淺出，附有大量工藝圖、設(shè)備圖、結(jié)構(gòu)圖，直觀形象。

2、教學(xué)內(nèi)容

《制造》課程學(xué)時有限，教師在教學(xué)過程中需要突出知識重點(diǎn)，授課過程中帶領(lǐng)學(xué)生著重學(xué)習(xí)重點(diǎn)章節(jié)——材料準(zhǔn)備、工藝流程、基本工藝操作、先進(jìn)技術(shù)，對于輔助章節(jié)——化學(xué)品、沾污、檢測可以采用簡單介紹、學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行講授?！吨圃臁废啾扔谄渌娮訉I(yè)基礎(chǔ)課程，最大的特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，教材內(nèi)容更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，所以授課教師需要密切關(guān)注產(chǎn)業(yè)發(fā)展，了解新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，讓學(xué)生的知識跟隨產(chǎn)業(yè)變化。

3、教學(xué)方法

課程教授過程中，希望增加學(xué)生的參與度和積極性，同時提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，所以采用傳統(tǒng)集中授課與小組作業(yè)相結(jié)合的模式。在集中授課過程中也要注意調(diào)動學(xué)生積極性，可以采用如下方式：（1）采用啟發(fā)式教學(xué)，以先導(dǎo)課程為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考；（2）采用問題式教學(xué)法，首先提出問題，分析問題的本質(zhì)，探討解決問題的思路，最后給出解決問題的方法。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；（3）采用互動式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，注意調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加強(qiáng)教師和學(xué)生的眼神交流和語言交流；（4）妥善處理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會逐步分解解決難點(diǎn)問題。

4、教學(xué)手段

傳統(tǒng)教學(xué)一般采用板書授課、作業(yè)考察的方式，展現(xiàn)方式死板，考察不全面，現(xiàn)在可以結(jié)合多媒體工具的演示多樣性，完成知識點(diǎn)與實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的結(jié)合，利用圖像、動畫、視頻等展示和講解復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)和工藝過程，給以學(xué)生直觀、清楚的展示，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。建設(shè)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，便于學(xué)生獲取最新學(xué)習(xí)資料，利于教師與學(xué)生之間的課后溝通，同時教師可觀察學(xué)生自主學(xué)習(xí)進(jìn)度，適當(dāng)提醒。

5、考核模式

課程減少考試比重，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，同時增加團(tuán)隊大作業(yè)，鍛煉學(xué)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(yàn)證鞏固課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，增加學(xué)生與產(chǎn)業(yè)接觸。綜上所述，針對《制造》課程的特點(diǎn)以及現(xiàn)有的教學(xué)問題，筆者結(jié)合產(chǎn)業(yè)，采用工程教育思路進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)，與傳統(tǒng)模式的對比。

五、結(jié)語

在工程專業(yè)認(rèn)證的指導(dǎo)思路下，本校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，開啟工程教育（CDIO）模式改革。經(jīng)過三屆的課程改革實(shí)踐，《制造》課程的教學(xué)突破了傳統(tǒng)理論“填鴨式”的教學(xué)方式，結(jié)合問題教學(xué)、互動學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、產(chǎn)業(yè)結(jié)合等新型教學(xué)模式。從教學(xué)成果看，學(xué)生反映課堂生動有趣，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性大大提高，團(tuán)隊合作、工程解決問題能力有所提高，達(dá)到了改革預(yù)期。

作者：潘穎 司煒 裴雪丹 單位：理工大學(xué)