一. 理论教学方法
以上述的教学内容的整合为中心,通过一些教学环节和手段的配合,建立一个合理的教学体系。在授课过程中,针对不同的教学内容,运用不同的教学手段,优化总体教学效果。
1. 传统教学与多媒体教学相结合
“半导体工艺原理”课程的知识点涵盖了高等数学、大学物理、半导体电化学、热力学统计物理、固体物理、半导体物理、半导体器件物理等相关课程,知识结构复杂,大多属于微观、抽象的理论知识。采用传统的教学方式,教师直接面对学生,可有效地进行情感交流,启发学生积极思维,有利于培养学生的创新能力。但在半导体工艺课堂教学中,由于有大量的工艺流程和工艺实施后的芯片剖面图, 只有通过多媒体才能给学生以直观、清楚的认识。所以,采用多媒体教学是半导体工艺教学内容特殊性的要求。
在实际教学中,广泛收集了大量结构剖面图、设备图片及视频资料,加以改进整理而成多媒体的教学课件,并对典型的工艺制作了形象生动的 Flash 动画。比如,杂质原子在硅片中的扩散过程;单个硅原子在硅片表面运动形成硅外延层的生长过程;以及通过涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等七个工艺步骤实现集成电路图形由掩模(mask) 转移至光刻胶、以及光刻胶图形转移至硅片的光刻工艺过程等。采用多媒体动画的演示,可将复杂、抽象的理论变得简单、形象化,增加知识的趣味性。可见,对半导体工艺课程采用多媒体教学,不仅可以提高教学质量及效率,增加课堂的信息量,而且可以提高学生学习的兴趣,加深其记忆和理解,到达事半功倍的效果。
2. 录像教学
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。为了使学生对集成电路制造过程有一个全面的认识, 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。通过工艺设备录像可以把实际工艺和设备通过录像纳入课堂。多媒体教学还提供了氧化、扩散和离子注入三项工艺设备操作模拟,可使学生身临其境的对所学的基本工艺进行简单的模拟。
3. 引导式学习
在半导体工艺教学中,为了激发学生学习的热情,在介绍相关半导体工艺前沿知识时,给学生介绍相关网站,同时布置几个与工艺动态和前沿相关的题目,比如,半导体存储器的发展过程、半导体光刻技术的发展情况、半导体器件封装的新工艺、新技术等,要求学生根据自己的兴趣爱好,充分利用各种资源,相互协作进行查阅并整理,然后各组推荐一名同学在讨论课上进行交流。这样,将教师在教学中的角色逐渐由主宰者转化为引导者,从而对学生实现引导式学习。通过实践,学生的学习兴趣很高,获得了新知识,得到探索的体验及情感,可促进其能力的全面发展。此外,我们定期邀请国内外相关的专家、学者来校开展一些相关的讲座,让学生及时了解国内外半导体工艺方面的最新发展方向,熟悉半导体新技术和新工艺。
4. 课后考查
为了使学生对所学的基础知识得以巩固,及时考查学生对所学的知识掌握和理解情况,除了课堂布置的思考题外,每章学完都会布置适当的课后作业。通过该环节训练,可让学生掌握单步工艺参数的计算方法以及其工艺设计,为半导体器件的工艺设计奠定良好的基础。
二. 实践教学方法
深入实际的教学方式是学生成为应用型人才的重要环节。在实践教学中,为学生设置了工艺模拟训练、综合课程设计、生产实习、参观学习等实践环节。
1. 工艺模拟训练
我系购置了Tsuprem4、ISE、MEDICI等软件,建立了工作站和微机机房,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。
2. 综合课程设计
为了巩固学生的专业理论知识,培养其创新能力,结合“半导体工艺原理”与“半导体器件物理”及“电力半导体器件”课程的学习,设置专业综合课程设计环节。在半导体工艺模拟的基础上,使学生利用自己所学的器件知识和工艺知识,根据所给的具体器件(如二极管、晶体管、MOSFET等)的设计指标,利用Tsuprem4、ISE软件来设计器件的工艺流程,并通过工艺模拟来优化工艺条件。然后将工艺模拟的结果导入到器件模拟软件ISE或MEDICI中, 能够较为精确地模拟器件特性。最然后通过反复的讨论与修正,确定出该器件的工艺实施方案。
3. 生产实习
利用我校中省共建项目资助建成一条半导体工艺线,作为学生的实习基地。生产实习时,学生可在工艺线上进行扩散、氧化、光刻及淀积等工艺的实验,将所学的理论知识与实践相结合。在老师的指导下,学生可以进行各种工艺试验;也可对自己所设计的器件工艺实施方案进行验证。从而完成从理论到实践的整个过程,达到能融会贯通的目的。通过实践环节的训练,可以培养学生的动手能力及其创新意识,使他们掌握基本工艺方法与技术,学会分析、解决简单的实际工艺问题。
4. 参观学习
为了使学生对半导体器件和集成电路制造过程有更全面、深刻的认识,每年组织学生在校内、外参观学习。我校晶体科技有限公司具有12寸单晶炉的制备技术[4],组织学生参观单晶硅棒的拉制过程;我校检测中心具备先进的测试设备[5],可满足半导体工艺所需的一些基本检测等。此外,我们还与多家企业进行校企合作,组织学生参观企业,使学生对集成电路芯片的制造工艺过程及其在线测试和封装有更加系统和全面的了解。