工程教育理念的半导体制造技术改革

【摘要】半导体科学是一门近几十年迅猛发展起来的重要新兴学科，是计算机、通讯技术、电子技术、雷达、自动化技术等信息科学的基础。半导体制造是半导体工业的重要分支，是集成电路产业的基础。

【关键词】CDIO；半导体制造技术；课程改革；产业结合

一、工程教育（CDIO）模式

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，在国家工业化信息化进程中，对独立完整门类齐全的工业体系的形成与发展，有着不可替代的作用。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，是以Conceive、Design、Implement、Operate（即构思、设计、实现、运作）一系列从产品研发到产品运行的产业周期为载体，让学生在理论和实践间过渡，完成自主学习。电子科学与技术专业是一个典型的工科专业，工程性和实践性非常强，希望通过课程学习使得学生具有以下工程核心能力：（1）具有运用数学、自然科学及工程知识的能力；（2）具有设计与开展实验，分析与解释数据的能力；（3）具有开展工程实践所需技术、技巧及使用现代工具的能力；（4）具有设计工程系统、组件或工艺流程的能力；（5）具有项目管理、有效沟通、领域整合与团队合作的能力；（6）具有发掘、分析、应用研究成果基于工程教育理念的《半导体制造技术》课程改革◎潘颖司炜裴雪丹及综合解决复杂工程问题的能力；（7）培养终身学习的习惯与能力；（8）具有基本工程伦理认知，尊重多元观点。

二、课程目标与存在的问题

《制造》是面向高校电子科学与技术专业的一门工程技术核心主干课程。本课程主要介绍半导体工艺流程、关键工艺步骤，以及相关领域的新工艺、新设备、新技术，其目标是培养掌握基础理论，熟悉专业知识，了解技术前沿，拓展科技视野，并具有一定工艺设计、分析解决实际工艺问题的电子科学与技术领域应用型工程创新人才。随着电子行业对半导体器件微型化、高频率、大功率、可靠性等要求的提高，半导体科学近几十年的迅猛发展，《制造》内容也随之不断充实，内容繁杂、综合性强、与实际工艺结合紧密。在这样的现实情况下，《制造》课程的教学难度越来越大，主要体现在以下几个方面（1）教学信息量大、课程学时有限，难以合理安排教学进度；（2）工艺设备昂贵，课程实践需求难以满足；（3）理论知识抽象，与实际工业联系不紧密，学生的积极性和创造性难以提高；（4）课程考核形式单一，难以全面检查教学成果。课程教学内容、方法、考核等一系列问题的背后，根本原因是当前《制造》课程的教学模式不尽合理，教学改革势在必行。

三、课程建设思路

《制造》只有32学时，在有限的课时下，教师要指导学生掌握基础理论，与实际工业生产流程相结合，引导学生进行创新性研究，帮助学生将课堂理论知识转化为电路、版图、工艺等设计能力。《制造》内容繁杂，难度大，实践实习难以充分实现，需要教师在教学过程中选择贴合产业的教材，突出重要知识点，合理分配学时，紧盯产业发展和先进工艺，更多的与产业实际融合，尽可能让学生接触实际制造过程，激发学生学习兴趣，提高学习效果。《制造》涉及专业知识面广（材料、物理、器件、工艺），紧跟技术发展，用简单的试卷理论考核学生的学习成果不够全面，课程考核方面也要打破固有的试卷核，避免学生靠死记硬背来应付考试，采用多元化的考察方式，考察学生的理论基础掌握、创新思维能力、团队协作能力。课外，要尽量给学生创造与产业接触的机会。

四、《半导体制造技术》课程建设

1、教材选择

《制造》与产业结合紧密，所以我们目前选用电子工业出版社由MichaelQiurk编著的《半导体制造技术》，该教材的特点是：理论扎实，详细介绍了半导体材料、半导体物理、半导体器件相关知识点；结合产业，突出实际工艺详细介绍了芯片制造中的关键工艺——理论、生产过程、工艺设备、质量分析等；紧随发展，吸收介绍了深亚微米工艺下的先进技术——槽隔离、平坦化、Cu互联等；容易理解，深入浅出，附有大量工艺图、设备图、结构图，直观形象。

2、教学内容

《制造》课程学时有限，教师在教学过程中需要突出知识重点，授课过程中带领学生着重学习重点章节——材料准备、工艺流程、基本工艺操作、先进技术，对于辅助章节——化学品、沾污、检测可以采用简单介绍、学生课后自主学习的方式进行讲授。《制造》相比于其他电子专业基础课程，最大的特点是产业发展迅速，教材内容更新速度远远落后，所以授课教师需要密切关注产业发展，了解新工艺、新技术、新设备，让学生的知识跟随产业变化。

3、教学方法

课程教授过程中，希望增加学生的参与度和积极性，同时提高学生的团队协作能力，所以采用传统集中授课与小组作业相结合的模式。在集中授课过程中也要注意调动学生积极性，可以采用如下方式：（1）采用启发式教学，以先导课程为基础，引导学生积极思考；（2）采用问题式教学法，首先提出问题，分析问题的本质，探讨解决问题的思路，最后给出解决问题的方法。培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力；（3）采用互动式教学法进行教学，注意调动学生学习的积极性，加强教师和学生的眼神交流和语言交流；（4）妥善处理教学中的重点和难点，引导学生学会逐步分解解决难点问题。

4、教学手段

传统教学一般采用板书授课、作业考察的方式，展现方式死板，考察不全面，现在可以结合多媒体工具的演示多样性，完成知识点与实际产业应用的结合，利用图像、动画、视频等展示和讲解复杂的器件结构和工艺过程，给以学生直观、清楚的展示，提高学生学习兴趣，引导学生的工程创新能力。建设课程网络教学平台，便于学生获取最新学习资料，利于教师与学生之间的课后沟通，同时教师可观察学生自主学习进度，适当提醒。

5、考核模式

课程减少考试比重，关注学生的学习过程，同时增加团队大作业，锻炼学生合作分工、解决问题的能力。

6、课程拓展

利用工艺流程仿真，以及校企合作平台等方式验证巩固课堂学习内容，增加学生与产业接触。综上所述，针对《制造》课程的特点以及现有的教学问题，笔者结合产业，采用工程教育思路进行教学改进，与传统模式的对比。

五、结语

在工程专业认证的指导思路下，本校电子科学与技术专业课程与产业结合，开启工程教育（CDIO）模式改革。经过三届的课程改革实践，《制造》课程的教学突破了传统理论“填鸭式”的教学方式，结合问题教学、互动学习、网络教学、产业结合等新型教学模式。从教学成果看，学生反映课堂生动有趣，学生学习积极性大大提高，团队合作、工程解决问题能力有所提高，达到了改革预期。

作者：潘颖 司炜 裴雪丹 单位：理工大学