“半导体工艺原理”是我校电子科学与技术专业一门重要的专业基础课。本课程旨在使学生能够掌握半导体分立器件和集成电路制造基础工艺的原理与方法,分析芯片制造过程中出现的各种问题,培养学生的实践能力与创新意识,为以后从事半导体分立器件或集成电路制造及工艺设计奠定扎实的理论基础。
我校自上世纪50年代开始在国内半导体行业就享有一定的声誉,当时因生产出国内第一台单晶炉而轰动国内外,而半导体器件与物理专业也正是在这样的背景下开设起来的。随着当时社会发展对半导体器件需求量的增加,尤其是电力电子技术的兴起对新型电力半导体器件的需求推动,促进了国内半导体工业的发展,以及对专业人才的需求,在此背景下陕西机械学院(现西安理工大学)半导体器件与材料教研室(现电子工程系)创办了半导体器件与物理专业(现电子科学与技术专业和微电子学专业)。电子科学与技术专业于2005年获批陕西省“名牌专业”,2008年获批国家级“特色专业”。
自1974年开始招收本科生以来,就坚持每年开设“半导体工艺原理”课程,至今已有40多年教学历史。“半导体工艺原理”是该专业的一门重要学位课,在该学科的知识结构中占有非常重要的地位。通过本课程的学习,对学生深入了解半导体制造工艺,学会半导体芯片的工艺设计、分析和解决实际工艺过程中出现的问题等都具有重要的理论指导作用。
本课程在校内的持续建设有三个阶段:
1. 优良的教学传统和规范的教学管理阶段
我校开展“半导体工艺原理”课程教学已有41届学生毕业。在1974年办学初期,作为该专业的一门重要必修课,受到了教研室的高度重视,当时由聂代祚教授、涂序梅教授、梁红副教授等组成课程小组,对课程教学内容、重点及难点等进行了深入的讨论,制定了本课程的教学大纲,教材采用科学技术出版社黄汉尧教授编著的《半导体工艺原理》,课程内容重点为电力半导体器件制造工艺;随着计算机与信息技术的不断发展,集成电路逐渐成为IT行业追逐的热点。该课程的教材于1990年改为华南理工大学李乃平教授主编的《微电子器件工艺》,课程内容中增加了集成电路工艺部分;教学手段仍采用传统板书形式,当时课程所占学时为56学时。课程小组从教学大纲到考核办法,形成了一套严格规范的课程教学管理办法。
2. 教学内容和方法的改革阶段
随着微电子技术和信息技术的快速发展,半导体工艺的知识点不断增多,庞杂的教学内容与有限的课时之间的矛盾更加尖锐。传统板书教学虽是基础的教学方式,也是学生互动的有效手段,但这种传统的教学方法与较为陈旧的教学内容已很难适应现代微电子技术发展的需求,而多媒体技术无疑构成了教学中不可缺少的工具。由第二代课程负责人王彩琳教授于2000年将本课程的教学手段由传统的板书教学改为多媒体教学与传统板书教学相结合的方法,不仅增加了课程信息量、兼顾师生课堂互动效果,同时将半导体工艺过程中微观、抽象的理论知识通过多媒体形式再现出来,使之形象化、直观化、具体化,增加学生学习的兴趣,也便于学生理解。
随着信息产业的发展,对集成电路芯片的需求量越来越大,国家加大了对微电子行业的支持力度,半导体行业的发展迎来了又一个高峰,“半导体工艺原理”课程对本专业(电子科学与技术、微电子学专业)毕业生的就业和今后的工作起到了至关重要的作用,加之本课程有其鲜明的课程特点,即涉及的知识面宽、技术的更新换代快。因此,本课程的教材于2003年更改为北京大学关旭东教授编著的《硅集成电路工艺》,并以之前的教材作为辅助,课程内容重点改为电力半导体器件与集成电路的制造工艺并重;
在集成电路产业链中,设计技术和制造工艺的创新是推动产业发展最强大的原动力,作为整个产业链的重点,对这部分人才的素质要求也最高。提高集成电路人才素质,加大这类人才培养力度已成必然。集成电路技术的主流工艺已由双极型转变到CMOS集成电路工艺,原来以双极型工艺为主的教学内容已经不能适应当代主流工艺和对集成电路人才的要求,该课程的教材于2009年更改为山东大学李惠军教授编著的《现代集成电路制造技术原理与实践》。课程小组重新制定了本课程的教学大纲,将授课内容的重点改为CMOS集成电路工艺部分,从教学大纲、课程设计、教案、课件等方面进行了全面的课程建设。
随着微电子技术和计算机网络技术的快速发展,半导体工艺的知识点不断增多,庞杂的教学内容与有限的课时之间的矛盾更加尖锐。同时,我校采用学分制,使学生在提高了学生学习自由度的同时,也出现了一些新的问题。为了解决在学分制条件下合理利用有限课时,提高教学效率,满足教学大纲要求、完成必要教学内容,同时激发学生的学习能力,培养学生实践能力和创新能力。课程小组提出了将网络技术引入半导体工艺原理的教学中,并于2009年获得了学校教学研究项目“半导体工艺原理精品课程建设”的资助,课程小组完成校内“半导体工艺原理”课程学习网站的建设,以此缓解教育资源短缺的矛盾,提高时效性,便于与专业的其它课程进行衔接沟通。
为了给学生创造更多的实践机会,在中省共建特色优势学科实验室建设项目的资助下,本专业成立了校内“电子工程系实践教学基地”,建成了一条超净的半导体工艺线,购买了如扩散炉、氧化炉、光刻机、感应耦合等离子刻蚀机(ICP)、等离子增强化学气相淀积(PECVD)、电子束蒸发、烧结炉、清洗机等半导体工艺设备,可用于学生的半导体工艺实践教学,完成从理论到实践的快速过度。
3. 课程建设的完善和更新阶段
随着半导体集成电路制造技术的快速发展,教学内容也不断地更新。该课程的教材于2015年更新为哈尔滨工业大学王蔚教授编著的《集成电路制造技术——原理与工艺》。“半导体工艺原理”课程于2015年获得了陕西省精品资源共享课程建设资助,完善了整个课程体系的建设,成立了由10位博士构成的课程团队,并建成省级“半导体工艺”网络共享平台。
目前,该课程不仅建立了独具特色的授课体系和完善的实践教学体系,还建立了与教学内容相结合的自编自选习题及课后作业与考核系统,能较为全面地反映学生对本课程的掌握程度,各种教学文件和档案完善、齐全。
为了提高本科教育教学质量,结合本科专业认证中毕业要求课程的达成指标,重新修订了教学大纲,并设置了课程调查问卷,可以为我校电子科学于技术专业的专业认证提供有力的支撑。