導語：如何才能寫好一篇集成電路工藝原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：集成電路工藝原理；教學內(nèi)容；教學方法

作者簡介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學院電子科學與技術系，副教授。（上海?200090）

基金項目：本文系上海自然科學基金（B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動計劃地方院校能力建設項目（10110502200）資助的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）29-0046-01

微電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展急需大量的高質量集成電路人才。優(yōu)秀的集成電路設計工程師需要具備一定工藝基礎，集成電路工藝設計和操作人員更需要熟悉工藝原理及技術，以便獲得性能優(yōu)越、良率高的集成電路芯片。因此“集成電路工藝原理”是微電子專業(yè)、電子科學與技術專業(yè)和其他相關專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，其主要內(nèi)容是介紹VLSI制造的主要工藝方法與原理，培養(yǎng)學生掌握半導體關鍵工藝方法及其原理，熟悉集成電路芯片制作的工藝流程，并具有一定工藝設計及分析、解決工藝問題的能力。課程的實踐性、技術性很強，需要大量的實踐課程作為補充。但是超大規(guī)模集成電路的制造設備價格昂貴，環(huán)境條件要求苛刻，運轉與維護費用很大，國內(nèi)僅有幾所大學擁有供科研、教學用的集成電路工藝線或工藝試驗線，很多高校開設的實驗課程僅為最基本的半導體平面工藝實驗，僅可以實現(xiàn)氧化、擴散、光刻和淀積等單步工藝，而部分學校僅能開設工藝原理理論課程。所以，如何在理論教學的模式下，理論聯(lián)系實踐、提高教學質量，通過課程建設和教學改革，改善集成電路工藝原理課程的教學效果是必要的。如何利用多種可能的方法開展工藝實驗的教學、加強對本專業(yè)學生科學實驗能力和實際工作能力以及專業(yè)素質的培養(yǎng)、提高微電子工藝課程的教學質量，是教師所面臨的緊迫問題。

一、循序漸進，有增有減，科學安排教學內(nèi)容

1.選擇優(yōu)秀教材

集成電路的復雜性一直以指數(shù)增長的速度不斷增加，同時國內(nèi)的集成電路工藝技術與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，故首先考慮選用引進的優(yōu)秀國外教材。本課程首選教材是國外電子與通信教材系列中美國James D.Plummer著的《硅超大規(guī)模集成電路工藝技術—理論、實踐與模型》中文翻譯本。這本教材的內(nèi)容豐富、全面介紹了集成電路制造過程中的各工藝步驟；同時技術先進，該書包含了集成電路工藝中一些前沿技術，如用于亞0.125μm工藝的最新技術、淺槽隔離以及雙大馬士革等工藝。另外，該書與其他硅集成電路工藝技術的教科書相比，具有顯著的兩個優(yōu)點：其一是在書中第一章就介紹了一個完整的工藝過程。在教學過程中，一開始就對整個芯片的全部制造過程進行全面的介紹，有且與學生正確建立有關后續(xù)章節(jié)中將要討論的各個不同的特定工藝步驟之間的相互聯(lián)系；其二是貫穿全書的從實際工藝中提取的“活性”成分及工藝設計模擬實例。這些模擬實例有助于清楚地顯示如氧化層的生長過程、摻雜劑的濃度分布情況或薄膜淀積的厚度等工藝參數(shù)隨著時間推進的發(fā)展變化，有助于學生真正認識和理解各種不同工藝步驟之間極其復雜的相互作用和影響。同時通過對這些模擬工具的學習和使用，有助于理論聯(lián)系實際，提高實踐教學效果。因而本教材是一本全面、先進和可讀性強的專業(yè)書籍。

2.科學安排教學內(nèi)容

如前所述，本課程的目的是使學生掌握半導體芯片制造的工藝和基本原理，并具有一定的工藝設計和分析能力。本課程僅32學時，而教材分11章，共602頁，所以課堂授課內(nèi)容需要精心選擇。一方面，選擇性地使用教材內(nèi)容。對非關鍵工藝，如第1章的半導體器件，如PN二極管、雙極型晶體管等知識已經(jīng)在前續(xù)基礎課程“半導體物理2”和“半導體器件3”中詳細介紹，所以在課堂上不進行講授。另一方面，合理安排教材內(nèi)容的講授次序。教材在講授晶片清洗后即進入光刻內(nèi)容，考慮工藝流程的順序進行教學更有利于學生理解，沒有按照教條的章節(jié)順序，教學內(nèi)容改變?yōu)榘凑涨逑?、氧化、擴散、離子注入、光刻、薄膜淀積、刻蝕、后端工藝、工藝集成等順序進行。

另一方面，關注集成電路工藝的最新進展，及時將目前先進、主流的工藝技術融入課程教學中，如在課堂教學中介紹INTEL公司即將投產(chǎn)的采用了22nm工藝的代號為“Ivy Bridge”的處理器等。同時，積極邀請企業(yè)工程師或專家開展專題報告，將課程教學和行業(yè)工藝技術緊密結合，提高學生的積極性及主動性，提高教學效果。

3.引導自主學習

半導體產(chǎn)業(yè)正飛速發(fā)展，需要隨時跟蹤集成電路制造工藝的發(fā)展動態(tài)、技術前沿以及遇到的挑戰(zhàn)，給學生布置若干集成電路工藝發(fā)展前沿與技術動態(tài)相關的專題，讓學生自行查閱、整理資料，每一專題選派同學在課堂上給大家講解。例如，在第一章講解集成電路工藝發(fā)展歷史時，要求同學前往國際半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)劃網(wǎng)站，閱讀最新年份的國際半導體技術發(fā)展路線圖，完成如最小特征指標、工作電壓等相關技術指數(shù)的整理并作圖說明發(fā)展趨勢等。這樣一方面激發(fā)了學生的求知欲，另一方面培養(yǎng)學生自我學習提高專業(yè)知識的能力。

二、豐富教學手段，進行多樣化、形象化教學

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關鍵詞：現(xiàn)代；光纖通信；光電集成；路集成電路；設計分析

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）24-0042-02

Abstract： in today's society is the information of the rapidly developing society， all kinds of high and new technology emerges unceasingly， the communication system is particularly important， communication system and the integrated circuit has been inseparable. How to make use of integrated circuit technology to design high performance integrated circuit of the electronic information technology industry is an urgent need to solve the problem. This article will briefly introduced the optical fiber communication optoelectronic integrated circuit design and analysis process.

Key words： modern； optical fiber communication； photoelectric integration； road integrated circuit； design and analysis

隨著國家的發(fā)展，社會的進步，人類的生活已經(jīng)離不開通信方式了，各種各樣的交流活動都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過何種方式、何種途徑，只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個地方，就是稱為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對來說特別落后，時間也會非常地久。而現(xiàn)代的通信方式中，電話通信是應用最廣泛的一種。

1 什么是光纖通信

近幾年來，隨著技術的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的全面開放，光纖通信的發(fā)展呈現(xiàn)了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式，利用廣播實現(xiàn)信息的傳送。光纖通訊就是以光導纖維作為信號傳輸介質的通訊系統(tǒng)。具有抗干擾性好，超高帶寬等特點。

如今社會我們使用的光纖通信有許多的優(yōu)點，例如，它可以傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，這樣一來，節(jié)約了許多資源和能源，有利于資源合理地開發(fā)和使用；絕緣、抗電磁干擾性能強；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優(yōu)點，同時它也可以用在特殊環(huán)境或者軍事行動中。

光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息變成電信號，然后調制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調后恢復原信息。

隨著信息技術傳輸速度日益更新，光纖技術已得到廣泛的重視和應用。在多微機電梯系統(tǒng)中，光纖的應用充分滿足了大量的數(shù)據(jù)通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術在電梯上的應用，大大提高了整個控制系統(tǒng)的反應速度，使電梯系統(tǒng)的并聯(lián)群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。

2 集成電路的實現(xiàn)

集成工藝技術也就是在最近的一二十年取得了飛速的發(fā)展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小，集成電路的集成速度也在不斷地提高。發(fā)展迅速的集成電路工藝技術為通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。當下，利用光電集成電路實現(xiàn)的光的發(fā)射和接收裝置已經(jīng)被各個實驗室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來越多了，這就是光電集成電路速度越來越快的原因。

3 光纖通信現(xiàn)狀

光纖通信技術的發(fā)展帶動了光纖產(chǎn)業(yè)的進步。想要實現(xiàn)光發(fā)射與光電集成電路是非常容易的，但是想要實現(xiàn)高速系統(tǒng)的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號是狹窄的，所以可以使用混合集成工藝來實現(xiàn)毫米波系統(tǒng)，我們可以這樣來設計集成電路及其組成部分，使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右，即使用50歐姆的傳輸線來連接元器件和集成電路。此外，例如激光驅動、時鐘恢復、數(shù)據(jù)判決、復接、光接收放大等各種類型的模擬、數(shù)字、混合集成電路依然可以輕松實現(xiàn)，這是因為電路也可以設計成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實現(xiàn)高速光發(fā)射機與接收機的真正困難所在是激光二極管和光檢測器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管，他的非線性無法進行混合集成的。沒有合適的匹配網(wǎng)絡將基帶數(shù)據(jù)信號從激光二極管連接到驅動器或者從光檢測器連接到前置放大器上，就會大大地降低了系統(tǒng)的操作性能。這樣相比利用光發(fā)送和光接收的集成電路來實現(xiàn)是十分簡便的。利用光集成電路實現(xiàn)光發(fā)射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰(zhàn)性的，制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的?，F(xiàn)在制造高速光發(fā)射和接受光電集成電路在光傳輸系統(tǒng)中是十分必要的。這個設計工藝的難點在于要形成材料，即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料，此外還要設計出光電集成電路?，F(xiàn)實很殘酷，大家仍需努力。

4 光電集成電路

光發(fā)射機光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅動電路構成的。集成電路其中包括了電子元器件結構的生長、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造，其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長的襯底上，大概需要三個工序來集成光電集成電路，分別為制作激光二極管、制作電子電路、進行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管，激光二極管的P型區(qū)域歐姆接觸層通過 蒸發(fā)形成金屬狀態(tài)，隨后利用光刻法來生成激光二極管的大概區(qū)間，然后進行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區(qū)區(qū)間，最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過程，直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過程。AGAAS層能隔離電子電路機構和激光結構，形成一種薄膜電阻，從而形成第一金屬層和空氣橋兩個連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區(qū)，采用第一金屬層連接激光二極管的N區(qū)，這樣就能很好地實現(xiàn)激光二極管和電子電路層的連接。這就實現(xiàn)了一個量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的，目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術尚未成熟，只能用解離的方法來完成，所以說集成激光驅動器電路還有很大的空間有待開發(fā)。

光電集成電路分別是由光檢測器、前置放大器以及主放大器構成的，這其中包括數(shù)據(jù)判決器、時鐘恢復和分接電路。光檢測器的集成是光電集成電路中最重要的一個部分，而金屬-半導體-金屬光檢測器（MSM）因為只需要少步驟的追加工藝，和如名字一般較為實惠且廣泛的材料在雪崩類型光電檢測器和p-i-n被廣泛運用的同時也被單片集成光接收機廣泛的使用著。

在設計中第一級為基本放大單元，是共源放大電路且?guī)в性簇撦d，電阻的反饋由電壓并聯(lián)負反饋，電平位移級使用的是兩級源級跟隨器，它被接入到后面，與此同時，又需要引進一個肖特基二極管，這樣就起到了一個降低反饋點的直流電平所特需的水平的作用，達到了這樣一個效果后，在偏低壓的條件下，電路同樣可以正常工作。

5 主要工藝流程

第一步，我們要準備好充足的材料，對材料進行結構和參數(shù)方面的設計計算，并確定材料的外延生長，來確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，對PD臺面進行腐蝕，首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層，把MSM保留在芯片上，即通過把PD臺面以外的PD層材料腐蝕掉來露出HEMT層。第三步就是進行器件的隔離工作，仍然使用臺面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來，想要實現(xiàn)比較好的隔離效果就一定要準確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護芯片的工作了，在芯片表面沉淀一層介質，這樣不僅保護了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質。

6 結束語

光纖通信技術作為通信產(chǎn)業(yè)中的支柱，是我們現(xiàn)如今社會中使用最多的通信方式。即使在現(xiàn)在的社會當中，光纖通信技術得到了十分穩(wěn)定有效的發(fā)展，但是現(xiàn)在科技發(fā)展如此之快，越來越多的新技術涌現(xiàn)出來，我國的通信技術水平也得到了明顯的改善與提高，光纖通信的使用范圍和價值也在悄悄地擴張。但是光纖通信技術為了迎合網(wǎng)絡時代，必須有更高層次的發(fā)展，才能占據(jù)市場的主流地位。我相信隨著光通信技術更加深入地發(fā)展，光纖通信一定會對整個通信行業(yè)甚至社會的進步起到舉足輕重的作用。

參考文獻：

[1] 付雪濤.集成電路工藝化學品標準體系探討[J].信息技術與標準化，2013（Z1）.

[2] 白晉軍，李鴻強.淺談多媒體技術在集成電路工藝教學過程中的利與弊[J].教育教學論壇，2013（42）.

[3] 湯乃云.“集成電路工藝原理”課程建設與教學改革探討[J].中國電力教育，2012（29）.

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關鍵詞：版圖設計；集成電路；教學與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0153-02

目前，集成電路設計公司在招聘新版圖設計員工時，都希望找到已經(jīng)具備一定工作經(jīng)驗的，并且熟悉本行業(yè)規(guī)范的設計師。但是，IC設計這個行業(yè)圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業(yè)挖人才或通過獵頭公司。企業(yè)不得不付出很高的薪資，設計師才會考慮跳槽，于是一些企業(yè)將招聘新員工目標轉向了應屆畢業(yè)生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或實習方式來培養(yǎng)適合本公司的版圖師。一些具備版圖設計知識的即將畢業(yè)學生就進入了IC設計行業(yè)。但是，企業(yè)通常在招聘時或是畢業(yè)生進入企業(yè)一段時間后發(fā)現(xiàn)，即使是懂點版圖知識的新員工，電路和工藝的知識差強人意，再就是行業(yè)術語與設計軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們在版圖教學時滲入電路與工藝等知識，使學生明確其中緊密關聯(lián)關系，樹立電路、工藝以及設計軟件為版圖設計服務的理念。

一、企業(yè)對IC版圖設計的要求分析

集成電路設計公司在招聘版圖設計員工時，除了對員工的個人素質和英語的應用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應用的能力。一般都會對新員工做以下要求：熟悉半導體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設計，了解電路原理，設計關鍵點；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設計規(guī)則；掌握主流版圖設計和版圖驗證相關EDA工具；完成手工版圖設計和工藝驗證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設計人員除了懂得IC設計、版圖設計方面的專業(yè)知識，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關知識[3]。正因為其需要掌握的知識面廣，而國內(nèi)學校開設這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設計工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗的設計工程師，就成為各設計公司和獵頭公司爭相角逐的人才[4，5]。

二、針對企業(yè)要求的版圖設計教學規(guī)劃

1.數(shù)字版圖設計。數(shù)字集成電路版圖設計是由自動布局布線工具結合版圖驗證工具實現(xiàn)的。自動布局布線工具加載準備好的由verilog程序經(jīng)過DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標準單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數(shù)字版圖設計時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學校開設這門課程，可以推薦學生自學或是參加專業(yè)培訓。二是數(shù)字邏輯標準單元版圖庫的設計，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標準單元版圖庫，因此對于初學者而言設計好標準單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關重要。

2.模擬版圖設計。在模擬集成電路設計中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設計者，更關心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關系，應當知道為什么差分對需要匹配，應當知道有關信號流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設計中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設計師作為前端電路設計師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導線是否有大電流流過等，這就要求版圖設計師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。

3.逆向版圖設計。集成電路逆向設計其實就是芯片反向設計。它是通過對芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實現(xiàn)對芯片技術原理、設計思路、工藝制造、結構機制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設計流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗證、電路調整、版圖提取整理、版圖繪制驗證及后仿真等。設計公司對反向版圖設計的要求較高，版圖設計工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設計師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標準單元電路工作原理。

三、教學實現(xiàn)

1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學時，一是掌握自動布局布線工具的使用，還需要對UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設計，目前數(shù)字集成電路設計大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學習CMOS工藝流程。在教學時，可以做個形象的PPT，空間立體感要強，使學生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學方法應當采用上機操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設計規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項，學生跟著一步一步緊隨教師演示學習如何畫版圖，同時教師可適當調整教學速度，適時停下來檢查學生的學習情況，若有錯加以糾正。這樣，教師一個單元版圖講解完畢，學生亦完成一個單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學生實驗以鞏固所學。邏輯單元版圖教學內(nèi)容安排應當采用目前常用的單元，并具有代表性、擴展性，使學生可以舉一反三，擴展到整個單元庫。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實現(xiàn)，繪制版圖時注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。

2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設計更注重電路的性能實現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設計工程師交流。因此，版圖教學時教師須要求學生掌握模擬集成電路的基本原理，學生能識CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無障礙。同時也要求學生掌握工藝對模擬版圖的影響，熟練運用模擬版圖的晶體管匹配、保護環(huán)、Dummy晶體管等關鍵技術。在教學方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學過程，實現(xiàn)教與學的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運算放大器為例，深入講解差分對管、電流鏡、電容的匹配機理，版圖匹配時結構采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護環(huán)與dummy管版圖繪制技術。二是以帶隙基準電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術。在教學時需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計算方法以及布線的規(guī)范性。

3.逆向版圖設計。逆向集成電路版圖設計需要學生掌握數(shù)字標準單元的命名規(guī)范、所有標準單元電路結構、常用模擬電路的結構以及芯片的工藝，要求學生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時，做到準確無誤。教學方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學流程，達到學以致用。教學內(nèi)容當以一個既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標準單元庫里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學時，說明數(shù)字電路需要歸并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強調學生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學要求學生掌握模擬集成電路常用電路結構與工作原理，因為逆向設計軟件提出的元器件符號應該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準確通用規(guī)范性。

集成電路版圖設計教學應面向企業(yè)，按照企業(yè)對設計工程師的要求來安排教學，做到教學與實踐的緊密結合。從教學開始就向學生灌輸IC行業(yè)知識，定位準確，學生明確自己應該掌握哪些相關知識。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設計版圖這三個方面就如何開展教學可以滿足企業(yè)對版圖工程師的要求展開探討，安排教學有針對性。在教學方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學生在畢業(yè)后可以順利進入IC行業(yè)做出努力。

參考文獻：

[1]王靜霞，余菲，趙杰.面向職業(yè)崗位構建高職微電子技術專業(yè)人才培養(yǎng)模式[J].職業(yè)技術教育，2010，31（14）：5-8.

[2]劉俐，趙杰.針對職業(yè)崗位需求？搖探索集成電路設計技術課程教學新模式[J].中國職業(yè)技術教育，2012，（2）：5-8.

[3]鞠家欣，鮑嘉明，楊兵.探索微電子專業(yè)實踐教學新方法-以“集成電路版圖設計”課程為例[J].實驗技術與管理，2012，29（3）：280-282.

[4]李淑萍，史小波，金曦.微電子技術專業(yè)服務地方經(jīng)濟培養(yǎng)高技能人才的探索[J].職業(yè)技術教育，2010，13（11）：13-16.

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關鍵詞：ULSI Low-K介質 Cu互連

中圖分類號：TN47 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0119-02

如今，半導體工業(yè)飛速發(fā)展，人們對于電子產(chǎn)品的功能和體積也提出了進一步的要求，因而，提高集成電路的集成度、應用新式材料和新型布線系統(tǒng)以縮小產(chǎn)品體積、提高產(chǎn)品穩(wěn)定性勢在必行。根據(jù)Moore定律，IC上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。日益減小的導線寬度和間距與日益提升的晶體管密度促使越來越多的人把目光投向了低介電常數(shù)材料在ULSI中的應用。另一方面，金屬鋁（Al）是芯片中電路互連導線的主要材料，然而，由表1可知，金屬銅（Cu）的電阻率比金屬鋁（Al）低40%左右，且應用Al會產(chǎn)生更明顯的互聯(lián)寄生效應。因而應用金屬銅（Cu）代替金屬鋁（Al）作為互連導線主要材料就成為集成電路工藝發(fā)展的必然方向[1]。（如表1）

1 低介電常數(shù)材料（Low-K）

一直以來，有著極好熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥缘亩趸瑁⊿iO2）是金屬互連線路間使用的主要絕緣材料。如今，低介電常數(shù)材料（Low-K）因其優(yōu)良特性，逐步在IC產(chǎn)業(yè)被推廣應用。

Low-K材料基本可以分為無機聚合物與有機聚合物這兩大類，常見Low-K材料有：納米多孔SiO2、SiOF氟硅玻璃（FSG）、SiOC碳摻雜的氧化硅（Black Diamond）、SiC：N氮摻雜的碳化硅HSQ（Hydrogen Silsesquioxane）、空氣隙。Low-K材料制備及其介電常數(shù)值見表2。

現(xiàn)階段的研究認為，通過降低材料的自身極性與增加材料中的空隙密度是主要的兩種降低材料介電常數(shù)的方法。首先，從降低材料自身極性的方法來看，包括降低材料中電子極化率（electronic polarizability），離子極化率（ionic polarizability）以及分子極化率（dioplar polarizability）等方法[2]。

此外，由Debye方程：（式中為材料介電常數(shù)，為真空介電常數(shù)，與分別為電子極化和分子形變極化，N為分子密度），不難看出，可以通過增加材料中的空隙密度從而達到降低材料的分子密度，這就是降低介電常數(shù)的第二種方法。

針對上文所述的第一種方法中，在SiO2中摻雜F元素制成SiOF（亦即FSG，見表2）的方法在0.18μm技術工藝中得到了廣泛的應用。而且，人們發(fā)現(xiàn)，通過在SiO2中摻雜C元素能夠在降低材料的介電常數(shù)上獲得更好的效果。其原理是：利用了材料中形成，以Si-C和C-C鍵為基礎的低極性網(wǎng)絡結構，達到了降低材料介電常數(shù)的效果。基于此項的研究，諸如無定形碳薄膜的研究，已可以將材料的介電常數(shù)降低到3.0或更低[3]。

2 互連線材料――銅（Cu）

隨著集成電路（IC）的發(fā)展，電路特征尺寸不斷縮小，芯片內(nèi)部連線密度不斷提高，金屬布線層數(shù)急速增加（見圖3），隨之而來的是器件門延遲的相對縮小和互連延遲的相對增加，增加的互連線電阻R和寄生電容C使互連線的時間常數(shù)RC大幅度的提高（見圖4）?；ミB中的電阻（R）和電容（C）所產(chǎn)生的寄生效應（Parasitic effects）越來越明顯。

在深亞微米（0.25μm及其以下）工藝下，互連延遲已經(jīng)超過門延遲成為制約各項性能的主要瓶頸[4]。由于互連寄生效應，電路的性能將受到嚴重的影響，如功耗增加、信號失真、連線間以及層間的串擾噪音（crosstalk noise）等。因而尋找并采用低阻率金屬以代替金屬鋁便成為集成工藝發(fā)展的必然方向，此舉通過減小互連線串聯(lián)電阻，可達到有效減少互連線RC延遲的目的。

Cu是目前采用最廣泛的互連材料，它有Al所不能比擬的優(yōu)良性質。在抗電遷移率、熔點、熱功率等方面，Cu比其他金屬有更好的綜合特性。更重要的是Cu的電阻率僅為Al的60%（見表1），這樣能有效地降低時延。

然而，Cu互連線的引入也帶了許多新的問題。

首先，其帶來了許多新的可靠性問題，原因有：（1）新技術的被迫引用。Cu互連工藝的發(fā)展道路并不平坦，光刻和污染的問題使得Cu互連的應用進展緩慢[5]。為了防止和解決Cu的污染和難以刻蝕的問題，Cu互連關鍵工藝中需要引入阻擋層、化學機械拋光（CMP）平坦化、專門的通孔技術與通孔材料，以及殘余雜質的清潔等工藝。（2）Al（Cu）有穩(wěn)定的界面，而銅卻沒有穩(wěn)定的界面[6]。對Al（Cu）合金而言，顆粒邊界的激活能為0.80～0.96 eV，與界面或內(nèi)部相比是最小的，故Al（Cu）中，顆粒邊界擴散占主導地位。同理，Cu中界面擴散占主導地位。（3）加工后不同的連線結構。Al連線工藝是平面工藝；而Cu互連工藝則是全新的3D微結構。

此外，Cu互連工藝還引人了新的失效機理，就是電化學失效機理，它可能導致Cu金屬連線間的短路[7]。對于Cu互連工藝多層互連，信號的失真、連線間的信號串擾等也是尚待解決的問題。

對于Cu互連系統(tǒng)而言，Cu的可靠性只是一個重要方面，它還包括Low-k介質層、Cu與介質層的集成等可靠性問題。

不過，雙大馬士革工藝（Dual Dama scene）和CMP技術的出現(xiàn)使得Cu互連工藝得到了突破性的發(fā)展。

近年來，Yos Shacham-Diamand等人提出了銀（Ag）互連技術[8]。在相互傳輸延遲的性能方面，采用Ag比Cu互連導電材料有7%的改進。以Ag為導線的器件可承受比Cu為導線器件更密集的電路排列，還可進一步減少所需金屬層數(shù)目，以進一步減少生產(chǎn)成本。然而，Ag互連無論是在電遷移、應力遷移方面，還是在與其他材料的粘附性、集成兼容性等，都遠遠不及Cu互連[9]。因此Ag互連技術目前不具備大規(guī)模代替Cu互連技術的條件。

4 結語

Low-K介質與Cu互連技術的出現(xiàn)推動了對集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文對Low-K介質與Cu連線的原理與應用現(xiàn)狀進行了分析，得出今后IC產(chǎn)業(yè)中絕緣介質材料與互連引線材料的發(fā)展趨勢：（1）具有介電常數(shù)低，熱穩(wěn)定性好，耐酸堿，易于圖形化和腐蝕，機械強度大，可靠性高，擊穿場強高，熱導率高等特性的Low-K介質將會得到更加廣泛的應用。（2）基于大馬士革結構的互連技術及相關技術的改進與發(fā)展，使得Cu互連技術取代傳統(tǒng)Al互連技術成為目前主導的互連技術。Ag互連技術由于技術尚未成熟暫時不能大規(guī)模取代Cu互連技術。

參考文獻

[1] 趙智彪，許志，利定東.低介電常數(shù)材料在超大規(guī)模集成電路工藝中的應用[A].半導體技術，2004，29（2）：4-5.

[2] JIN Y K，MOO S H，et al. Origin of low dielectric constant of carbon-incorporated silicon oxide film deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition，J.Appl. Phys.，2001，90（5）：2469-2473.

[3] HAN S M.and Aydil E S.Reasons for Lower dielectric constant of fluorinated SiO2 films， J.Appl.Phys.，1998，83（4）：2172-2178.

[4] Song Dengyuan，Zong Xiaoping，Sun Rongxia，et a1.Copper Connections for IC and Studies on Related Problems[J].Semiconductor Technology，2001，26（2）：29―32.

[5] 王陽元，康晉鋒，超深亞微米集成電路中的互連問題――低k介質與cu的互連集成技術[J].半導體學報，2002，23（11）：1 123―1 124.

[6] Marathe A P.Reliability Issues in Interconnects[EB/OL].Technology Reliability Development，Technology Development Group Advanced MicroDevices，Inc，1999-10-13.

[7] Harsanyi G.Copper May Destroy Chip―level Reliability[J].IEEE Electron Device Letters，1999，20（1）：5-8.

篇5

關鍵詞：電子科學與技術；課程建設；實踐創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）25-0103-02

電子科學與技術作為信息技術發(fā)展的基石，伴隨著計算機技術、數(shù)字技術、移動通信技術、多媒體技術和W絡技術的出現(xiàn)得到了迅猛的發(fā)展，從初期的小規(guī)模集成電路（SSI）發(fā)展到今天的巨大規(guī)模集成電路（GSI），成為使人類社會進入了信息化時代的先導技術。電子科學與技術專業(yè)是國家重點扶植的學科，本專業(yè)作為信息領域的核心學科，培養(yǎng)國家急需的電子科學與技術專業(yè)高級人才。

在新的歷史條件下，開展電子科學與技術專業(yè)課程建設的改革與實踐研究是非常必要的，這對于培養(yǎng)出具有知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展的微電子技術應用型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才具有重要的指導意義和戰(zhàn)略意義。本文依據(jù)電子科學與技術專業(yè)本科生課程建設的實際情況，詳細分析了本專業(yè)在課程建設過程中存在的問題，提出了關于電子科學與技術專業(yè)課程建設的幾點改革方案，并進行了一定的探索性實踐。

一、目前課程建設中存在的一些問題

1.在課程設置方面，與行業(yè)發(fā)展結合不緊密，缺乏專業(yè)特色和課程群的建設，課程之間缺少有效地銜接，難以滿足當前人才培養(yǎng)的需求。本專業(yè)的課程設置應當以培養(yǎng)具有扎實的微電子技術領域理論基礎和工程實踐能力，能從事超大規(guī)模集成電路設計、半導體器件和集成電路工藝制造以及相關電子信息技術應用工作的高級工程技術人才和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才為培養(yǎng)目標來進行課程建設。

2.在創(chuàng)新實踐教學方面，存在重理論教學和課堂教學，缺乏必要的實踐環(huán)節(jié)，尤其是創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的教學，相關實踐和實驗教學手段和教學方法過于單一，僅在教師課堂教學講授范例和實驗過程的基礎上，指導學生進行課程實驗，學生按照課程實驗手冊上的具體步驟逐一進行操作，完成課程所要求的實驗。單一的實驗和實踐教學方式難以提升學生的創(chuàng)新實踐和動手能力，更難以實現(xiàn)對所學知識的實踐和靈活運用，難以滿足當前強調以實踐為主，培養(yǎng)實踐型創(chuàng)新人才的要求。

二、課程建設改革的目的與任務

結合集成電路行業(yè)未來的發(fā)展趨勢以及電子科學與技術專業(yè)總體就業(yè)前景和對人才的需求結構。根據(jù)我國電子科學與技術產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展需求，通過對電子科學與技術專業(yè)的課程建設進行改革，重點強調工程實訓與創(chuàng)新實踐，在課程教學中體現(xiàn)“激發(fā)興趣、夯實基礎、引導創(chuàng)新、全面培養(yǎng)”的教學方針。重新規(guī)劃專業(yè)培養(yǎng)方案和課程設置，以集成電路工藝與設計為重點，設置課程群，構建新的科學的課程體系，突出特色，強化能力培養(yǎng)。

三、課程建設改革的具體內(nèi)容

人才培養(yǎng)目標以厚基礎、寬口徑、重實踐、偏工程為宗旨，培養(yǎng)具有扎實的微電子技術領域理論基礎和工程實踐能力，能從事超大規(guī)模集成電路設計、半導體器件和集成電路工藝制造以及相關電子信息技術應用工作的高級工程技術人才和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。以大規(guī)模集成電路設計、制造和工藝、電子器件和半導體材料、光電子技術應用等方面為專業(yè)特色進行課程建設改革，具體的改革內(nèi)容如下。

1.課程設置。首先，根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)目標要求按需設課，明確設課目的，并注意專業(yè)通識課、專業(yè)基礎課、專業(yè)限選課和專業(yè)任選課之間的銜接與學時比例，加強集成電路設計與集成電路工藝方面的課程設置，突出微電子技術方向的特色，明確專業(yè)的發(fā)展目標和方向，將相關課程設置為課程群，通過相關課程的有效銜接，突出能力培養(yǎng)。其次，隨著電子科學與技術的不斷發(fā)展，注重本專業(yè)課程設置的不斷更新和調整。

2.教學方式。首先，加強對青年教師的培養(yǎng)和訓練，注重講課、實驗、考試及課下各個環(huán)節(jié)的相互結合，即課堂與課下相結合，講課與實驗相結合，平時與考試相結合。其次，講課中注重講解和啟發(fā)相結合，板書和多媒體相結合；實驗中注重方法和原理相結合，知識和能力相結合；考試中注重面上與重點相結合，概念與計算相結合，開卷與閉卷相結合，重點開展課程的網(wǎng)絡化建設，將相關實驗課程的教學錄像上網(wǎng)，通過網(wǎng)絡教學加強學生的實驗實踐能力培養(yǎng)和提高。第三，注重雙語課程的開設與優(yōu)秀經(jīng)典教材的使用相結合，雙語課程與國際該課程接軌。

四、結語

科學與技術專業(yè)課程建設應當圍繞電子科學與技術專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)和專業(yè)特色，通過制訂適用集成電路人才培養(yǎng)目標的培養(yǎng)方案、課程設置、實驗體系和教學計劃，突出集成電路工藝與設計實踐環(huán)節(jié)，進而有效地提高實驗和實踐教學質量，為培養(yǎng)具有實踐創(chuàng)新能力的科技創(chuàng)新型人才奠定了基礎。

參考文獻：

[1]劉一婷，李新，關艷霞，等.突出專業(yè)特色的電子科學與技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案構建[J].高教學刊，2016，（7）：74-75.

[2]李新，劉一婷，揣榮巖，等.集成電路產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系建設[J].教育教學論壇，2016，（1）：63-64.

[3]潘宇恒.電子科學與技術專業(yè)的課程優(yōu)化[J].科研，2016，（3）：00209.

[4]韓益鋒，姚文卿，董良威.電子科學與技術專業(yè)課程體系建設與實踐[J].考試周刊，2014，（45）：148-149.

[5]陶建平.電子科學與技術專業(yè)本科教育質量探索與實踐[J].公安海警學院學報，2014，（2）：34-37.

[6]謝海情，唐立軍，唐俊龍，等.集成電路設計專業(yè)課程體系改革與實踐[J].教育教學論壇，2015，（34）：76-77.

[7]全國高等學校教學研究中心.電子科學與技術專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告[EB/OL].http：///link？rl=fsRthBj31TQQh1FCB740v-yPMYbTKEDaxrKs_caajUeYpVorqPMpcpzfV9wyz-vx3Vd7-hKL37B5rClIwE37dIk5CqZU2M-quD7BTAE_tSMwq，2007-06-18.

[8]劉繼春，毛劍波，楊明武.“電子科學與技術專業(yè)”學科建設的探索與實踐[J].合肥工業(yè)大學學報（社會科學版），2008，（06）：138-141.

[9]王敏杰，朱連軒，袁超.電子信息科學與技術本科人才培養(yǎng)探索[J].科技信息，2009，（30）：20.

[10]李俊杰.淺談電子信息科學技術發(fā)展[J].魅力中國，2010，（10）：237.

[11]陳力穎.《大規(guī)模可編程邏輯器件設計》課程實驗考試改革的探索[J].教育教學論壇，2013，（52）：255-257.

[12]何偉明.高等學校電子科學與技術本科專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告2006-2010年教育部高等W校電子科學與技術專業(yè)教學指導分委員會[J].電氣電子教學學報，2009，（S1）：1-13.

Reform and Exploration of Course Construction of Electronic Science and Technology

CHEN Li-ying

（School of Electronics and Information Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

篇6

關鍵詞：電子科學與技術；集成電路設計；平臺建設；IC產(chǎn)業(yè)

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0270-03

國家教育部于2007年正式啟動了高等學校本科教學質量與教學改革工程（簡稱“質量工程”），其建設的重要內(nèi)容之一就是使高校培養(yǎng)的理工科學生具有較強的實踐動手能力，更好地適應社會和市場的需求[1]。為此，我校作為全國獨立學院理事單位于2007年6月通過了ISO2000：9001質量管理體系認證[2]，同時確立了“質量立校、人才強校、文化興?！比蠛诵膽?zhàn)略，深入推進內(nèi)涵式發(fā)展，全面提高人才培養(yǎng)質量。對于質量工程采取了多方面多角度的措施：加強教學改革項目工程；鼓勵參加校內(nèi)學生創(chuàng)新項目立項，（大學生創(chuàng)新基金項目）；積極參加國家、省級等電子設計大賽；有針對性地對人才培養(yǎng)方案進行大幅度的調整，增大課程實驗學時，實驗學時占課程的比例從原來的15%提高到25%以上，并且對實驗項目作了改進，提高綜合性和設計性實驗的比重；同時增加專業(yè)實踐課程，強調學生的應用能力和創(chuàng)新能力；課程和畢業(yè)設計更注重選題來源，題目比以前具有更強的針對性，面向專業(yè)，面向本地就業(yè)市場。不僅如此，學院還建立了創(chuàng)業(yè)孵化中心、建立了實驗中心等。通過這些有效的措施，努力提高學生的綜合素質、創(chuàng)新和應用能力。除了學校對電子信息類專業(yè)整體進行統(tǒng)籌規(guī)劃和建設外，各個二級學院都以“質量工程”建設為出發(fā)點和立足點，從專業(yè)工程的角度出發(fā)，努力探索各個專業(yè)新的發(fā)展思路和方向。由于集成電路設計是高校電子科學與技術、微電子學等相關專業(yè)的主要方向，因此與之相關的課程和平臺建設成為該專業(yè)工程探索的重點。通過對當前國內(nèi)外高校該專業(yè)方向培養(yǎng)方案分析，設置的課程主要強調模擬/數(shù)字電路方向，相應的課程體系為此服務，人才培養(yǎng)方案設置與之相對應的理論和實踐教學體系；同時建立相應的實習、實踐教學平臺。由此，依據(jù)電子科學與技術專業(yè)的特點，結合本專業(yè)學生的層次和專業(yè)面向，同時依據(jù)本地的人才需求深度和廣度，對以往的人才培養(yǎng)方案進行革新，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設計專業(yè)應用型的設計平臺。另外，從課程體系出發(fā)，強化IC設計的模擬集成電路后端版圖設計和驗證，使學生在實踐教學環(huán)節(jié)中得到實際的訓練。通過這些改革既可有效地幫助學生迅速融入IC設計業(yè)，也為進入IC制造行業(yè)提高層次到新高度。

一、軟件設計平臺在集成電路設計業(yè)的重要性

自從1998年高等學校擴大招生以來，高校規(guī)模發(fā)展很快，在校大學生的人數(shù)比十五年前增長了10倍。高校的基礎設施和設備的投入呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，學校的辦學條件不斷改善，同時，各個高校對實驗室的建設也在持續(xù)增大，然而在實驗室建設的過程中，盡管投入的資金量在不斷增大，但出現(xiàn)的現(xiàn)象是重視專業(yè)儀器和設備的投入，忽視專業(yè)設計軟件的購置，這可能是由于長期以來形成的重有形實體、輕無形設計軟件，然而這種意識給專業(yè)發(fā)展必將帶來不利影響。對于IC專業(yè)來說，該專業(yè)主要面向集成電路的生產(chǎn)、測試和設計，其中集成電路設計業(yè)是最具活力、最有增長效率的一塊，即使是在國際金融危機的2009年，中國的IC設計業(yè)不僅沒有像半導體行業(yè)那樣同比下降10%，反而逆勢增長9.1%；在2010年，國際金融危機剛剛緩和，中國IC設計業(yè)的同比增速又快速攀升到45%；2011年全行業(yè)銷售額為624.37億元，2012年比2012年增長8.98%達到680.45億元，集成電路行業(yè)不僅增長速度快，發(fā)展前景好，而且可以滿足更多的高校學生就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。為了滿足IC設計行業(yè)的要求，必須建設該行業(yè)需求的集成電路軟件設計平臺。眾所周知集成電路行業(yè)制造成本相對較高，這就要求設計人員在設計電路產(chǎn)品時盡量做到一次流片成功，而要實現(xiàn)這種目標需要建設電路設計驗證的平臺，即集成電路設計專業(yè)軟件設計平臺。通過軟件平臺可以實現(xiàn)：電路原理拓撲圖的構建及參數(shù)仿真和優(yōu)化、針對具體集成電路工藝尺寸生產(chǎn)線的版圖設計和驗證、對版圖設計的實際性能進行仿真并與電路原理圖仿真對照、提供給制造廠商具體的GDSII版圖文件。軟件平臺實際上已經(jīng)達到驗證的目的，因此，對于集成電路設計專業(yè)的學生或工作人員來說，軟件設計平臺的建設特別重要，如果沒有軟件設計平臺也就無法培養(yǎng)出真正的IC設計人才。因此，在培養(yǎng)具有專業(yè)特色的應用型人才的號召下，學院不斷加大實驗室建設[3]，從電子科學與技術專業(yè)角度出發(fā)，建設IC軟件設計平臺，為本地區(qū)域發(fā)展和行業(yè)發(fā)展服務。

二、建設面向中山本地市場IC應用平臺

近年來，學校從自身建設的實際情況出發(fā)，減少因實驗經(jīng)費緊張帶來的困境，積極推動學院集成電路設計專業(yè)方向的人才培養(yǎng)。教學單位根據(jù)集成電路設計的模塊特點確定合適的軟件設計平臺，原理拓撲圖的前端電路仿真采用PSPICE軟件工具，熟悉電路仿真優(yōu)化過程；后端采用L-EDIT版圖軟件工具，應用實際生產(chǎn)廠家的雙極或CMOS工藝線來設計電路的版圖，并進行版圖驗證。這種處理方法雖然暫時性解決前端和后端電路及版圖仿真的問題，但與真正的系統(tǒng)設計集成電路相對出入較大，不利于形成IC的系統(tǒng)設計能力。2010年12月國家集成電路設計深圳產(chǎn)業(yè)化基地中山園區(qū)成立，該園區(qū)對集成電路設計人才的要求變得非常迫切，客觀上推進了學院對IC產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)力度，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的專業(yè)應用型設計平臺變得刻不容緩[4]，同時，新的人才培養(yǎng)方案也應聲出臺，促進了具有一定深度的教學改革。

1.軟件平臺建設。從目前集成電路設計軟件使用的廣泛性和系統(tǒng)性來看，建設面向市場的應用平臺，應該是學校所使用的與實際設計公司或其他單位的軟件一致，使得所培養(yǎng)的IC設計人才能與將來的就業(yè)工作實現(xiàn)無縫對接，從而提高市場對所培養(yǎng)的集成電路設計人才的認可度，同時也可大大提高學生對專業(yè)設計的能力和信心[5]。遵循這個原則，選擇Cadence軟件作為建設平臺設計軟件，這不僅因為該公司是全球最大的電子設計技術、程序方案服務和設計服務供應商，EDA軟件產(chǎn)品涵蓋了電子設計的整個流程，包括系統(tǒng)級設計，功能驗證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設計，全定制集成電路設計，IC物理驗證，PCB設計和硬件仿真建模，而且通過大學計劃合作，可以大幅度的降低購置軟件所需資金，從而從根本上解決學校實驗室建設軟件費用昂貴的問題。另外，從中山乃至珠三角其他城市的IC行業(yè)中，各個單位都普遍采用該系統(tǒng)設計軟件，而且選用該軟件更有利于剛剛起步的中山集成電路設計，也更加有利于該產(chǎn)業(yè)的標準化和專業(yè)化，乃至進一步的發(fā)展和壯大。

2.針對中山IC產(chǎn)業(yè)設計。定位于面向本地產(chǎn)業(yè)的IC應用型人才，就必須以中山IC產(chǎn)業(yè)為培養(yǎng)特色人才的出發(fā)點。中山目前有一批集成電路代工生產(chǎn)和設計的公司，主要有中山市奧泰普微電子有限公司、芯成微電子公司、深電微電子科技有限公司、木林森股份有限公司等，能進行IC設計、工藝制造和測試封裝，主要生產(chǎn)功率半導體器件和IC、應用于家電等消費電子、節(jié)能照明等。日前奧泰普公司的0.35微米先進工藝生產(chǎn)線預計快速投產(chǎn)，該單位的發(fā)展對本地IC人才需求有極大的推動力，推動學生學習微電子專業(yè)的積極性，而這些也有力地支持本地IC企業(yè)的長遠發(fā)展。因此，建立面向本地集成電路產(chǎn)業(yè)的軟件設計平臺，有利于專業(yè)人才的培養(yǎng)、準確定位，并形成了本地優(yōu)勢和特色。

3.教學實踐改革。為了提高人才培養(yǎng)質量，形成專業(yè)特色，必須對人才培養(yǎng)方案進行修改。在人才培養(yǎng)方案中通過增加實踐教學環(huán)節(jié)的比例，實驗項目中除了原有驗證性的實驗外、還增加了綜合性或設計性的實驗，這種變化將有助于學生從被動實驗學習到主動實驗的綜合和設計，提高學生對知識的靈活運用和動手能力，從而為培養(yǎng)應用型的人才打下良好的基礎。除此之外，與集成電路代工企業(yè)及芯片應用公司建立合作關系。學生在學習期間到這些單位進行在崗實習和培訓，可以將所學的專業(yè)理論知識應用于實際生產(chǎn)當中去，形成無縫對接；而從單位招聘人才角度上來說，可以節(jié)約人力資源培訓成本，招到單位真正需要的崗位人才。因此，合作雙方在找到相互需求的基礎上，形成有效的合作機制。①課程改革。針對獨立學院培養(yǎng)應用型人才的特點，除了培養(yǎng)方案上增加多元化教育課程之外，主要是強調實踐教學的改革，增加綜合實驗課程，如：《現(xiàn)代電子技術綜合設計》計32學時、《微電子學綜合實驗》計40學時、《EDA綜合實驗》為32學時、《集成電路設計實驗》為40學時，其相應的課程學時數(shù)從以驗證性實驗為主的16個學時，增加到現(xiàn)在32學時以上的帶有綜合性或設計性實驗的綜合實踐課程。這種變化不僅是實踐教學環(huán)節(jié)的課時加大，而且是實驗項目的改進，也是實踐綜合能力的增強，有利于學生形成專業(yè)應用能力。②與單位聯(lián)合的IC設計基地。IC設計基地主要立足于兩個方面：一是立足于本地IC企業(yè)或設計公司；二是立足于IC代工和集成電路設計應用。前者主要利用本地資源就近的優(yōu)勢，學生參觀、實習都比較方便，同時也有利于學校與用人單位之間的良好溝通，提高雙方的認可度和贊同感。如：中山市奧泰普微電子有限公司、木林森股份有限公司等。后者從生產(chǎn)角度和設計應用出發(fā)，帶領學生到IC代工企業(yè)參觀，初步了解集成電路的生產(chǎn)過程，企業(yè)的架構、規(guī)劃和發(fā)展遠景。也可根據(jù)公司的人才需要，選派部分學生到公司在崗實習[6]。如：深圳方正微電子有限公司、廣州南科集成電子有限公司等。通過這些方式不僅可以增強學生對專業(yè)知識的應用能力，而且有利于學生對IC單位的深入了解，為本校專業(yè)應用型人才找到一種行之有效的就業(yè)之路。

三、集成電路設計平臺的實效性

從2002年創(chuàng)辦電子科學與技術專業(yè)以來，學校特別重視集成電路相關的實驗室建設。從初期的晶體管器件和集成塊性能測量，硅片的少子壽命、C-V特性、方阻等測量，發(fā)展到探針臺的芯片級的性能測試，在此期間為了滿足更多的學生實驗、興趣小組和畢業(yè)設計的要求，微電子實驗室的已經(jīng)過三次擴張和升級，其建設規(guī)模和實驗水平得到了大幅度的提升。另外，為培養(yǎng)本科學生集成電路的設計能力，提高應用性能力，學校還建立了集成電路CAD實驗室，以電路原理圖仿真設計為重點，著重應用L-Edit版圖軟件工具，進行基本的集成電路版圖設計及驗證，對提升學生集成電路設計應用能力取得了一定的效果。目前，為了大力提高本科教學質量，提升辦學水平，重點對實踐課程和IC軟件設計平臺進行了改革。學校開設了專門實踐訓練課程，如：集成電路設計實驗。從以前的16學時課內(nèi)驗證設計實驗提升為32學時獨立的集成電路設計實驗實踐課程，內(nèi)容從以驗證為主的實驗轉變?yōu)橐栽O計和綜合為主的實驗，整體應用設計水平進行了大幅度的提升，有利于培養(yǎng)學生的應用和動手能力。不僅如此，對集成電路的設計軟件也進行了升級，從最初的用Pspice和Hspice軟件進行電路圖仿真，L-Edit軟件工具的后端版圖設計，升級為應用系統(tǒng)的專業(yè)軟件平臺設計工具Cadence進行前后端的設計仿真驗證等，并采用開放實驗室模式，使得學生的系統(tǒng)設計能力得到一定程度的提升，提高了系統(tǒng)認識和項目設計能力。通過IC系統(tǒng)設計軟件平臺的建設和實踐教學課程改革，使得學生對電子科學與技術專業(yè)的性質和內(nèi)容了解更加全面，對專業(yè)知識學習的深度和廣度也得到進一步提高，從而增強了專業(yè)學習的興趣，提高了自信心。此外，其他專業(yè)的學生也開始轉到本專業(yè)，從事集成電路設計學習，并對集成電路流片產(chǎn)生濃厚的興趣。除此之外，學生利用自己在外實踐實習的機會給學校引進研究性的開發(fā)項目，這些都為本專業(yè)的發(fā)展形成很好的良性循環(huán)。在IC設計平臺的影響下，本專業(yè)繼續(xù)報考碩士研究生的學生特別多，約占學生比例的45%左右。經(jīng)過這幾年的努力，2003、2004、2005、2006級都有學生在碩士畢業(yè)后分別被保送或考上電子科技大學、華南理工大學、復旦大學、香港城市大學的博士。從這些學生的反饋意見了解到，他們對學校在IC設計平臺建設評價很高，對他們進一步深造起到了很好的幫助作用。不僅如此，已經(jīng)畢業(yè)在本行業(yè)工作的學生也對IC設計平臺有很好的評價：通過該軟件設計平臺不僅熟悉了集成電路設計的工藝庫、集成電路工藝流程和相應的工藝參數(shù)，而且也熟悉版圖的設計，這對于從事IC代工工作起到很好的幫助作用。現(xiàn)在已經(jīng)有多屆畢業(yè)的學生在深圳方正微電子公司、中山奧泰普微電子有限公司工作。另外，還有許多學生從事集成電路應用設計工作，主要分布于中山LED照明產(chǎn)業(yè)等。

通過IC軟件設計平臺建設，配合以實踐教學改革，使得學生所學理論知識和實際能力直接與市場實現(xiàn)無縫對接，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識和實踐動手能力，增強了學生的自信心。另外，利用與企業(yè)合作的生產(chǎn)實習，可以使得學生得到更好的工作鍛煉，為將來的工作打下良好的基礎。實踐證明，建設面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設計實踐教學平臺，尋求高校與公司更緊密的新的合作模式，符合我校人才培養(yǎng)發(fā)展模式方向，對IC設計專業(yè)教學改革，培養(yǎng)滿足本地區(qū)乃至整個社會的高素質應用型人才，具有特別重要的作用。

參考文獻：

[1]許曉琳，易茂祥，王墨林.適應“質量工程”的IC設計實踐教學平臺建設[J].合肥工業(yè)大學學報（社會科學版），2011，25（4）：[129-132.

[2]胡志武，金永興，陳偉平，等.上海海事大學質量管理體系運行的回顧與思考[J].航海教育研究，2009，（1）：16-20.

[3]毛建波，易茂祥.微電子學專業(yè)實驗室建設的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2005，24（12）：118-126.

[4]鞠晨鳴，徐建成.“未來工程師”能力的集中培養(yǎng)大平臺建設[J].實驗室研究與探索，2010，29（4）：158-161.

[5]袁穎，董利民，張萬榮.微電子技術實驗教學平臺的構建[J].電氣電子教學學報，2009，（31）：115-117.

[6]王瑛.中低技術產(chǎn)業(yè)集群中企業(yè)產(chǎn)學研合作行為研究[J].中國科技論壇，2011，（9）：56-61.

篇7

關鍵詞：工程需求；集成電路設計；實踐；驗證

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0089-02

集成電路設計是學科交叉特性顯著的一個學科，且其發(fā)展日新月異，技術更新非?？欤渲饕母曼c體現(xiàn)在工藝水平、設計思想和設計手段上。例如，在設計SOC等大規(guī)模集成電路時，設計者首先要全方位地把握系統(tǒng)的主體框架，另外還要注重各個環(huán)節(jié)中的細節(jié)，有效利用EDA軟件來精確地實現(xiàn)設計并驗證其正確性。目前大多數(shù)高校開設的集成電路設計課程融入了多媒體教學，但多媒體教學多局限于PPT課件教學，雖然在教學內(nèi)容上與過去的板書教學相比得到了很大的擴充，但從教學體系上說對于工程化設計流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個知識點的介紹相對來說較為孤立，學生對所學知識的理解無法融會貫通，對工程化設計的理解停留在概念的層面上。目前課程安排中普遍采用理論教學為主，存在實踐環(huán)節(jié)過少、實踐環(huán)節(jié)不成完備體系等問題。學生工程實踐能力不能得到有效提升，用人單位需要花大量的時間和人力對應屆學生進行培訓；學生容易產(chǎn)生挫折情緒，不能快速適應崗位需求。本教改通過對目前國內(nèi)急需集成電路設計人才的現(xiàn)狀的思考，對集成電路設計課程的教學進行改革，實施以工程需求為導向，以工程界典型數(shù)字集成電路設計和驗證流程為主線的閉環(huán)式教學。在國家急需系統(tǒng)級集成電路設計實用型工程人才的指導思想下，在工科院校要培養(yǎng)能為社會所用工程人才的辦學宗旨下，以開發(fā)學生潛力、提高學生自主學習積極性為目的，結合用人單位的用人需求，我院集成電路設計課程嘗試閉環(huán)教育，即課程的章節(jié)設置參照工程界數(shù)字集成電路系統(tǒng)的典型設計流程，知識內(nèi)容涵蓋從設計到流片生產(chǎn)甚至測試的每一個環(huán)節(jié)，而每一個重要環(huán)節(jié)都有工程實驗與之相對應，形成完備的閉環(huán)知識體系。本教改項目閉環(huán)教育可分為理論教育環(huán)節(jié)和實驗教育環(huán)節(jié)。

一、理論教育環(huán)節(jié)

閉環(huán)教育中的理論教育以工程界大型數(shù)字集成電路設計的典型流程為教學切入點，然后以該流程為主線介紹各個階段涉及的理論知識和可供使用的EDA軟件，每次進入下一設計階段的講解前，都會重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復出現(xiàn)的設計流程圖，一方面可以加深學生對設計流程的印象；另一方面針對當前內(nèi)容在流程中出現(xiàn)的位置，突出當前設計階段與系統(tǒng)設計的整體關聯(lián)，加強學生對各個設計階段的設計目的、設計方法、EDA軟件中參數(shù)設定偏重點的理解。這種教育方法區(qū)別于傳統(tǒng)的單純的由點及面的教育方法，避免出現(xiàn)只見樹木不見森林的情況，能夠在注重細節(jié)的同時加強整體觀念。

二、實踐教育環(huán)節(jié)

實踐教育環(huán)節(jié)主要是指與理論教育相配套結合的系列實驗。針對每個設計階段都安排相應的較為全面的實驗，與該階段的理論知識形成閉環(huán)。而且，所有的實驗基本可按照從系統(tǒng)設計開始到流片、測試的完整設計流程串接起來。

圖1 大型數(shù)字集成電路設計的典型流程

實驗指導書撰寫了前端設計內(nèi)容，在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段；撰寫了后端設計內(nèi)容，采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡的合理布局、時鐘網(wǎng)絡的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮。利用版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解。Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數(shù)對系統(tǒng)功能、時序的影響，后仿真時序文件反標的含義；明確后仿真對于保證設計正確性的意義；培養(yǎng)認真負責的驗證思想。

實踐教育環(huán)節(jié)大致分為前端設計階段、后端設計階段、測試階段。

1.前端設計階段。在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段。

2.后端設計階段。針對數(shù)字集成電路的特點，安排面向MPW流片的實驗，介紹將電路轉化為高可靠性版圖的主要步驟。該實驗分三個階段：①采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡的合理布局、時鐘網(wǎng)絡的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解；③Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數(shù)對系統(tǒng)功能和時序的影響、后仿真時序文件反標的含義，明確后仿真對于保證設計正確性的意義，培養(yǎng)認真負責的驗證思想。

篇8

關鍵詞：微電子工藝，整合教學，生產(chǎn)實習

The combination of Microelectronics processing course/experiment/production practice

Wang Wei， Tian Li， Fu Qiang

Harbin Institute of Technology， Harbin， 150001， China

Abstract： This paper presents a new teaching mode for the course “Microelectronics processing”. According to the character of this course， the teaching mode， the content， the teaching materials and teaching method were adjusted. The teaching modes were improved by the combination of practice and theory. With this new teaching mode， the Microelectronics processing course/experiment/production practices were offered for the undergraduates. The preliminary results indicated that the students and other leading teachers under the same course group held the positive attitudes towards this new teaching mode. The teaching evaluation result is “A+”.

Key words： Microelectronics processing； improved teaching mode； production practice

20世紀80年代初，J. M. 德克特勒首次提出了“最終的整合目標”這一概念，它成為整合學業(yè)理論的基礎[1]。最初，這一理論被應用在歐洲大學為適應教學大綱的學業(yè)整合方面。整合教學實際上是一種以能力為導向的教學方法[2]，它力圖通過整合來發(fā)展學生的能力，使學生能在某一情境中調動所學知識、技能，以及其他資源來完成目標。近年來，整合教學受到普遍關注，整合教學法已被應用于各層次的教學實踐，在國內(nèi)高校中也開始出現(xiàn)應用整合教學法進行專業(yè)課教學的報道[3，4]。

“微電子工藝”“微電子系列實驗”“生產(chǎn)實習”是微電子課程群中教學內(nèi)容相近，教學形式不同的3門專業(yè)課程，我校對其進行了整合教學研究，提出了新的教學模式，編寫了涵蓋這3種形式教學內(nèi)容的教材，設計了教學方案，并進行了初步實施及評價。

1 微電子工藝課程分析

1.1 原課程安排

“微電子工藝”是當前高校電子類本科專業(yè)的核心課程，其教學目的是使學生掌握硅集成電路芯片制造工藝的基本原理和方法，了解微電子產(chǎn)品制造關鍵技術及其發(fā)展方向。而“微電子系列實驗”和“生產(chǎn)實習”是與“微電子工藝”課程內(nèi)容關聯(lián)性很強的實踐教學環(huán)節(jié)?！拔㈦娮酉盗袑嶒灐笔仟毩⒃O置的實驗課程，其教學目的是使學生掌握硅芯片關鍵工藝的實驗、檢測技術和常用儀器的使用方法?！吧a(chǎn)實習”則是通過組織學生到現(xiàn)代化企業(yè)參觀學習，在工藝線上直接參與生產(chǎn)實踐[5]，使之了解微電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，行業(yè)發(fā)展動態(tài)，從而提高他們解決問題的能力及綜合素質。本質上，這3門課程是教學形式不同，但教學內(nèi)容相近的一個課程模塊。在當前的教學大綱中，這3門課程都是獨立開設的，通常在大三上學期分別開出40學時的工藝課、20學時的系列實驗和4周的生產(chǎn)實習。因此，“微電子工藝”課堂教學和實踐教學結合的較為松散，總學時數(shù)也偏多。

1.2 教學現(xiàn)狀分析

“微電子工藝”具有涉及知識面寬，綜合性強，理論與實踐結合緊密的特點。若只采取課堂教學，對毫無實踐經(jīng)驗的學生而言，課程涉及的技術性內(nèi)容繁雜，知識點多且分散，全面理解學習內(nèi)容的難度大。在為2009級學生開出本課程之后進行了問卷調查。其中“對工藝課知識的理解程度”這一問題，在58張答卷中只有1人選擇“能全部理解”，約60%的學生選擇“大部分理解”（如圖1所示）。

在對微電子課程群中其他相關，如“微電子器件原理”“集成電路設計”等課程主講教師進行的調研中，普遍認為若將各自獨立開設的“微電子工藝”“微電子系列實驗”和“生產(chǎn)實習”作為一個課程模塊進行整合教學，穿插授課，更有利于學生學習。

2 課程整合研究

2.1 課程整合

首先在培養(yǎng)計劃上將“微電子工藝”“微電子系列實驗”和“生產(chǎn)實習”整合為課堂/實驗/實習一個微電子工藝課程模塊，該課程模塊的教學目標為：培養(yǎng)熟知國內(nèi)外先進微電子關鍵工藝，并具有一定工藝設計、分析，以及解決實際工藝問題能力的人才。

通過對原課程內(nèi)容分析，將微電子工藝課程模塊中3部分內(nèi)容都進行了優(yōu)化（如圖2所示）。該課程模塊由一個課程組在大三上學期連續(xù)穿插教學，以避免教學內(nèi)容的重復。因此，可以在不壓縮教學內(nèi)容、不降低教學效果的前提下，將授課學時數(shù)定為：講課40學時/實驗16學時/生產(chǎn)實習3周，與原課時數(shù)相比有了較大縮減。

課程組在原微電子工藝課程講義基礎上，結合微電子工藝學發(fā)展現(xiàn)狀，編寫了涵蓋3種教學形式、內(nèi)容的教材：《集成電路制造技術—原理與工藝》。該教材已于2010年9月由電子工業(yè)出版社出版，并基于此教材制作了多媒體課件。

2.2教學模式的整合

課程組設計了微電子工藝課程模塊的整合教學模式（如圖3所示）。整個教學過程是師生共同參與的、動態(tài)的、雙向的信息傳播過程。

課堂教學采取講課為主，自學討論為輔的形式，課后穿插參觀微電子生產(chǎn)線等實踐教學環(huán)節(jié)。教師講授教材各單元、章節(jié)中的重點、難點，課堂上設置問答等少量的“教”“學”互動形式。其他內(nèi)容采?。航處熓紫忍岢鰡栴}，再組織學生在課堂上自學，然后展開討論，最后進行歸納總結。這既調動了學生的學習積極性，又能提高學習效率。為避免出現(xiàn)只有部分學習積極性高的學生參與課堂討論的現(xiàn)象，教師隨機抽取學生回答問題，并作為平時成績記錄。在課堂學習階段，組織學生參觀微電子生產(chǎn)工藝線，讓他們在實際生產(chǎn)情景中理解課堂講授的相關內(nèi)容。

課堂教學之后進入實驗和晶體管制作實踐教學階段。實驗項目是針對關鍵工藝參數(shù)進行測試，以及有關芯片性能測量設置的實驗，因此將其穿插在晶體管芯片制作過程中進行。

3 整合教學的初步實施及評價

受原教學計劃限制，在2011年秋季學期末，主要開出了整合后的微電子工藝課程模塊課堂教學部分，其他內(nèi)容在2012年春季學期初開出。

3.1 對教材的評價

采用新編的《集成電路制造技術—原理與工藝》教材和多媒體課件進行了課堂教學。課程結束后進行的問卷調查表明，學生對新編教材和課件的滿意度較高（如圖4所示）。

另外，從電子工業(yè)出版社的統(tǒng)計結果來看，盡管該教材是受眾面很小的專業(yè)課教材，但自2010年9月出版至今，已售出4 000余冊，被國內(nèi)數(shù)十家高校選作微電子工藝或集成電路工藝基礎等課程的教材使用。由此可以說該教材得到了同行的普遍認可。

3.2 課堂教學方法及評價

在以整合教學模式進行的“微電子工藝”課堂教學實踐中，每次課的前幾分鐘都進行了提問，以便督促學生在課后復習，并引出本次課教學內(nèi)容；課堂上講授了基本單項工藝的原理、模型、物理基礎，以及基本方法等重要內(nèi)容；而對于大量工藝技術與設備等內(nèi)容，先提出問題，再組織學生自學后討論，最后進行歸納總結；對學生回答問題和討論發(fā)言都作為平時成績進行記錄。在課堂教學期間，組織學生參觀了哈工大微電子平面工藝線，以利于他們對基本工藝方法與設備等內(nèi)容的理解。

從課程結束后所作的問卷調查可知，學生喜歡的教學方式與實際所采用的授課方式大體一致（如圖5所示）。學生對本課程的評教結果為“A+”。而且，微電子課程群后續(xù)課程主講教師也反映：這屆學生的微電子工藝基礎知識較扎實。

3.3 實踐教學及評價

微電子工藝的實驗和實習是在我校微電子實驗室進行的。首先開設了“高純水制備”“微電子清洗”兩個講座；然后學生自制了晶體管，進行了工藝實驗；最后，組織學生參觀了哈爾濱晶體管有限公司的器件生產(chǎn)工藝線。

在圖2中，把晶體管制作劃分為了6個關鍵工序。因此，學生自制晶體管也分為6個組，要求每個組負責一個關鍵工序：確定工藝條件、進行工藝操作、解決出現(xiàn)的問題、記錄工藝現(xiàn)象、條件、參數(shù)等。這樣盡管學生人數(shù)較多（全系64人），也能保證每名學生都參與到自制晶體管和相關的生產(chǎn)管理過程中來。另外，鼓勵學生在完成自己組工作之外參與其他組的工作。在整個實踐教學過程中學生積極性很高，充分發(fā)揮出各自的綜合能力。

從學生遞交的總結報告來看，這次微電子工藝實踐教學效果很好，學生們普遍認為：提高了動手能力，學會了分析、解決問題的方法，更重要的是培養(yǎng)了團隊意識和團隊合作能力。對今后的學習與工作都有較大幫助。

4 結束語

我校對“微電子工藝”“微電子系列實驗”和“生產(chǎn)實習”這3門教學形式不同，內(nèi)容相近課程進行的教學整合研究表明：在專業(yè)課程教學改革中，將課堂教學和實踐教學整合為一個專業(yè)課程模塊，建立統(tǒng)一的課程體系，編寫涵蓋理論與實踐2方面內(nèi)容的教材，由一個課程組進行連續(xù)穿插授課，這種整合教學模式是可行的，教學效果良好，同時又減少了授課學時數(shù)。

參考文獻

[1] 張瑞，姚凌江，吳向文.運用混合式立體化教學模式培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才[J].現(xiàn)代教育技術，2010，20（1）：77-81

[2] 汪凌.整合教學法：為了學生素質的發(fā)展[J].全球教育展望，2007，36（10）：3-7.

[3] 張園.整合教學法在模擬電子技術教學中的應用[J].科教文匯.2011.10（下）：58-59.

[4] 桂峰，孫靜亞，梁娟.“環(huán)境監(jiān)測”課程理論與實驗教學整合初步研究[J].科教文匯，2010，12（下）：54，65.

篇9

【關鍵詞】數(shù)模轉換器 零點誤差 滿刻度誤差 積分非線性誤差 微分非線性誤差 電源電壓抑制比

1 概述

TLC5615是一款電壓輸出型的10位數(shù)模轉換器，帶有高阻態(tài)緩沖參考輸入端，輸出電壓是參考電壓的兩倍，單電源5V條件下工作，數(shù)字控制部分是由3線的串行總線組成，CMOS兼容端口很容易與標準的微處理器、微控制器配套使用。TLC5615接收16位數(shù)據(jù)字，產(chǎn)生模擬輸出信號。數(shù)字輸入端帶有施密特觸發(fā)器可防止噪聲干擾。數(shù)字通信協(xié)議包括SPITM、QSPITM、MicrowireTM標準。TLC5615內(nèi)部包括一個16位移位寄存器，上電復位模塊，10位DAC寄存器，數(shù)字控制邏輯模塊和跟蹤獲取模塊等幾部分。主要完成將16位串行數(shù)字數(shù)據(jù)轉換為模擬信號，參考電壓為2.048V，電壓輸出模擬信號是參考電壓的2倍4.096V。

2 測試技術

半導體集成電路的測試是集成電路研制、生產(chǎn)過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，通過對器件功能及靜態(tài)參數(shù)、動態(tài)參數(shù)的測試，可以篩選出功能、性能不滿足要求的器件，以保證產(chǎn)品質量。在電路的研制過程中通過對器件的測試，可以驗證設計版圖的正確性，找出存在的問題，并為設計更改提供依據(jù)，也為工藝開發(fā)提供指導性意見。本電路屬于數(shù)模轉換電路，測試難度大，測試方法復雜，主要包括功能測試、靜態(tài)參數(shù)測試、動態(tài)參數(shù)測試，而靜態(tài)參數(shù)的測試是數(shù)模轉換電路測試的關鍵。目前國內(nèi)、國際上一些大型ATE測試設備均能實現(xiàn)數(shù)模轉換器電路的測試。下面以Teradyne公司的J750測試系統(tǒng)為平臺介紹一下TLC5615型數(shù)模轉換電路的測試。

2.1 功能測試

功能測試是首先根據(jù)電路的工作原理編制系統(tǒng)可識別的二進制的功能測試碼點，然后根據(jù)電路工作時序，通過J750測試系統(tǒng)對功能測試碼點進行時序調制，再應用J750測試系統(tǒng)上任意波形發(fā)生器模塊產(chǎn)生斜波信號施加到電路數(shù)據(jù)輸入端，通過電源模塊給電路電源施加電壓，通過電壓電流單元模塊給其它輸入端施加輸入信號，捕捉輸出的模擬信號，通過比較器與期望的模擬信號進行比較，從而判定器件工作是否正常，實現(xiàn)器件的功能測試。工作時序如圖1所示。

2.2 靜態(tài)參數(shù)測試

本電路的靜態(tài)參數(shù)主要包括INL積分非線性誤差，DNL微分非線性誤差，EZS零點誤差、EG增益誤差和PSSR電源電壓抑制比。

2.2.1 獲得斜波曲線

首先是給DAC數(shù)字輸入端施加一個低頻率的“斜波臺階”信號，即從全0碼到全1碼，重復施加一定次數(shù)（比如8次，16次等）的某個輸入數(shù)碼后，再重復施加相同次數(shù)的下一個輸入數(shù)碼，最終形成一個比較均勻“寬度”的臺階數(shù)據(jù)信號；然后設置高精度數(shù)字化儀表的采樣速率與DAC轉換速率相等，運行向量，使數(shù)字化儀表采集DAC每一個輸入數(shù)碼對應的模擬輸出值，最后將數(shù)字化儀表存儲的數(shù)字量按比例因子轉換成實際的電壓值，得到的應該是“斜波臺階”電壓數(shù)據(jù)，去除每個“臺階”兩端跳躍的、不穩(wěn)定的電壓值，將每個“臺階”中間的電壓值進行平均，最終得到一條測試轉換曲線，如圖2所示，并由此計算出DAC的靜態(tài)參數(shù)值。

2.2.3 PSSR電源電壓抑制比的計算

PSSR電源電壓抑制比的計算是通過測試電源電壓在4.5V和5.5V時的零點誤差和滿刻度誤差計算出來的。即：

PSSRZS（零點）=EZS（VDD=5.5V）-EZS（VDD=4.5V）

PSSRFS（滿刻度點）=EG（VDD=5.5V）-EG（VDD=4.5V）

2.3 動態(tài)參數(shù)測試

動態(tài)參數(shù)主要包括信噪失真比和跟時序有關的交流的參數(shù)。

信噪失真比是指基波分量與噪聲及諧波分量總和的比值。該參數(shù)的測試是在輸入滿刻度碼的情況下，在參考輸入端施加1VPP+2.048DC幅值、1KHz頻率的正弦波信號，對模擬輸出的正弦波通過傅里葉變換，計算出信噪失真比。其他交直流參數(shù)的測試與數(shù)字電路測試原理和方法一致，這里不再贅述。

3 結束語

較詳細的介紹了一款電壓型10位數(shù)模轉換器電路在J750測試系統(tǒng)上的測試，重點研究了幾種靜態(tài)參數(shù)的測試和計算方法，為測試系統(tǒng)上數(shù)模轉換器電路的測試提供了參考方法。

參考文獻

[1]National Semiconductor Corporation All rights reserved，Nicholas “Nick” Gray，2004.

[2]Datasheet，Texas Instruments Incorporated，2000.

作者簡介

于祥苓（1976-） ，女，遼寧省葫蘆島市人，蒙古族。大學本科學歷?，F(xiàn)為中國電子科技集團公司第四十七研究所高級工程師。主要從事集成電路測試技術研究。

篇10

關鍵詞： 集成電路測試； 自動測試設備； 測試向量； 向量生成

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0122?03

Analysis of IC test principle and vector generation method

集成電路測試（IC測試）主要的目的是將合格的芯片與不合格的芯片區(qū)分開，保證產(chǎn)品的質量與可靠性。隨著集成電路的飛速發(fā)展，其規(guī)模越來越大，對電路的質量與可靠性要求進一步提高，集成電路的測試方法也變得越來越困難。因此，研究和發(fā)展IC測試，有著重要的意義。而測試向量作為IC測試中的重要部分，研究其生成方法也日漸重要。

1 IC測試

1.1 IC測試原理

IC測試是指依據(jù)被測器件（DUT）特點和功能，給DUT提供測試激勵（X），通過測量DUT輸出響應（Y）與期望輸出做比較，從而判斷DUT是否符合格。圖1所示為IC測試的基本原理模型。

根據(jù)器件類型，IC測試可以分為數(shù)字電路測試、模擬電路測試和混合電路測試。數(shù)字電路測試是IC測試的基礎，除少數(shù)純模擬IC如運算放大器、電壓比較器、模擬開關等之外，現(xiàn)代電子系統(tǒng)中使用的大部分IC都包含有數(shù)字信號。

數(shù)字IC測試一般有直流測試、交流測試和功能測試。

1.2 功能測試

功能測試用于驗證IC是否能完成設計所預期的工作或功能。功能測試是數(shù)字電路測試的根本，它模擬IC的實際工作狀態(tài)，輸入一系列有序或隨機組合的測試圖形，以電路規(guī)定的速率作用于被測器件，再在電路輸出端檢測輸出信號是否與預期圖形數(shù)據(jù)相符，以此判別電路功能是否正常。其關注的重點是圖形產(chǎn)生的速率、邊沿定時控制、輸入/輸出控制及屏蔽選擇等[1]。

功能測試分靜態(tài)功能測試和動態(tài)功能測試。靜態(tài)功能測試一般是按真值表的方法，發(fā)現(xiàn)固定型（Stuck?at）故障[2]。動態(tài)功能測試則以接近電路工作頻率的速度進行測試，其目的是在接近或高于器件實際工作頻率的情況下，驗證器件的功能和性能。

功能測試一般在ATE（Automatic Test Equipment）上進行，ATE測試可以根據(jù)器件在設計階段的模擬仿真波形，提供具有復雜時序的測試激勵，并對器件的輸出進行實時的采樣、比較和判斷。

1.3 交流參數(shù)測試

交流（AC）參數(shù)測試是以時間為單位驗證與時間相關的參數(shù)，實際上是對電路工作時的時間關系進行測量，測量諸如工作頻率、輸入信號輸出信號隨時間的變化關系等。常見的測量參數(shù)有上升和下降時間、傳輸延遲、建立和保持時間以及存儲時間等。交流參數(shù)最關注的是最大測試速率和重復性能，然后為準確度。

1.4 直流參數(shù)測試

直流測試是基于歐姆定律的，用來確定器件參數(shù)的穩(wěn)態(tài)測試方法。它是以電壓或電流的形式驗證電氣參數(shù)。直流參數(shù)測試包括：接觸測試、漏電流測試、轉換電平測試、輸出電平測試、電源消耗測試等。

直流測試常用的測試方法有加壓測流（FVMI）和加流測壓（FIMV）[3]，測試時主要考慮測試準確度和測試效率。通過直流測試可以判明電路的質量。如通過接觸測試判別IC引腳的開路/短路情況、通過漏電測試可以從某方面反映電路的工藝質量、通過轉換電平測試驗證電路的驅動能力和抗噪聲能力。

直流測試是IC測試的基礎，是檢測電路性能和可靠性的基本判別手段。

1.5 ATE測試平臺

ATE（Automatic Test Equipment）是自動測試設備，它是一個集成電路測試系統(tǒng)，用來進行IC測試。一般包括計算機和軟件系統(tǒng)、系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)、圖形存儲器、圖形控制器、定時發(fā)生器、精密測量單元（PMU）、可編程電源和測試臺等。

系統(tǒng)控制總線提供測試系統(tǒng)與計算機接口卡的連接。圖形控制器用來控制測試圖形的順序流向，是數(shù)字測試系統(tǒng)的CPU。它可以提供DUT所需電源、圖形、周期和時序、驅動電平等信息。

2 測試向量及其生成

測試向量（Test Vector）的一個基本定義是：測試向量是每個時鐘周期應用于器件管腳的用于測試或者操作的邏輯1和邏輯0數(shù)據(jù)。這一定義聽起來似乎很簡單，但在真實應用中則復雜得多。因為邏輯1和邏輯0是由帶定時特性和電平特性的波形代表的，與波形形狀、脈沖寬度、脈沖邊緣或斜率以及上升沿和下降沿的位置都有關系。

2.1 ATE測試向量

在ATE語言中，其測試向量包含了輸入激勵和預期存儲響應，通過把兩者結合形成ATE的測試圖形。這些圖形在ATE中是通過系統(tǒng)時鐘上升和下降沿、器件管腳對建立時間和保持時間的要求和一定的格式化方式來表示的。格式化方式一般有RZ（歸零）、RO（歸1）、NRZ（非歸零）和NRZI（非歸零反）等[4]。

圖2為RZ和R1格式化波形，圖3為NRZ和NRZI格式化波形。

RZ數(shù)據(jù)格式，在系統(tǒng)時鐘的起始時間T0，RZ測試波形保持為“0”，如果在該時鐘周期圖形存儲器輸出圖形數(shù)據(jù)為“1”，則在該周期的時鐘周期期間，RZ測試波形由“0”變換到“1”，時鐘結束時，RZ測試波形回到“0”。若該時鐘周期圖形存儲器輸出圖形數(shù)據(jù)為“0”，則RZ測試波形一直保持為“0”，在時鐘信號周期內(nèi)不再發(fā)生變化。歸“1”格式（R1）與RZ相反。

非歸“0”（NRZ）數(shù)據(jù)格式，在系統(tǒng)時鐘起始時間T0，NRZ測試波形保持T0前的波形，根據(jù)本時鐘周期圖形文件存儲的圖形數(shù)據(jù)在時鐘的信號沿變化。即若圖形文件存儲數(shù)據(jù)為“1”，那么在相應時鐘邊沿，波形則變化為“1”。NRZI波形是NRZ波形的反相。

在ATE中，通過測試程序對時鐘周期、時鐘前沿、時鐘后沿和采樣時間的定義，結合圖形文件中存儲的數(shù)據(jù)，形成實際測試時所需的測試向量。

ATE測試向量與EDA設計仿真向量不同，而且不同的ATE，其向量格式也不盡相同。以JC?3165型ATE為例，其向量格式如圖4所示。

ATE向量信息以一定格式的文件保存，JC?3165向量文件為 *.MDC文件。在ATE測試中，需將*.MDC文件通過圖形文件編譯器，編譯成測試程序可識別的*.MPD文件。在測試程序中，通過裝載圖形命令裝載到程序中。

圖4 ATE測試向量格式

2.2 ATE測試向量的生成

對簡單的集成電路，如門電路，其ATE測試向量一般可以按照ATE向量格式手工完成。而對于一些集成度高，功能復雜的IC，其向量數(shù)據(jù)龐大，一般不可能依據(jù)其邏輯關系直接寫出所需測試向量，因此，有必要探尋一種方便可行的方法，完成ATE向量的生成。

在IC設計制造產(chǎn)業(yè)中，設計、驗證和仿真是不可分離的。其ATE測試向量生成的一種方法是，從基于EDA工具的仿真向量（包含輸入信號和期望的輸出），經(jīng)過優(yōu)化和轉換，形成ATE格式的測試向量。

依此，可以建立一種向量生成方法。利用EDA工具建立器件模型，通過建立一個Test bench仿真驗證平臺，對其提供測試激勵，進行仿真，驗證仿真結果，將輸入激勵和輸出響應存儲，按照ATE向量格式，生成ATE向量文件。其原理如圖5所示。

2.3 測試平臺的建立

（1） DUT模型的建立

① 164245模型：在Modelsim工具下用Verilog HDL語言[5]，建立164245模型。164245是一個雙8位雙向電平轉換器，有4個輸入控制端：1DIR，1OE，2DIR，2OE；4組8位雙向端口：② 緩沖器模型：建立一個8位緩沖器模型，用來做Test bench與164245之間的數(shù)據(jù)緩沖，通過在Test bench總調用緩沖器模塊，解決Test bench與164245模型之間的數(shù)據(jù)輸入問題。

（2） Test bench的建立

依據(jù)器件功能，建立Test bench平臺，用來輸入仿真向量。

通過Test bench 提供測試激勵，經(jīng)過緩沖區(qū)接口送入DUT，觀察DUT輸出響應，如果滿足器件功能要求，則存儲數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理按照ATE圖形文件格式產(chǎn)生*.MDC文件；若輸出響應有誤，則返回Test bench 和DUT模型進行修正。其原理框圖可表示如圖6所示。

（3） 仿真和驗證

通過Test bench 給予相應的測試激勵進行仿真，得到預期的結果，實現(xiàn)了器件功能仿真，并獲得了測試圖形。圖7和圖8為部分仿真結果。

在JC?3165的*.MDC圖形文件中，對輸入引腳，用“1”和“0”表示高低電平；對輸出引腳，用“H”和“L”表示高低電平；“X”則表示不關心狀態(tài)。由于在仿真時，輸出也是“0”和“1”，因此在驗證結果正確后，對輸出結果進行了處理，分別將“0”和“1”轉換為“L”和“H”，然后放到存儲其中，最后生成*.MDC圖形文件。

3 結 論

本文在Modelsim環(huán)境下，通過Verilog HDL語言建立一個器件模型，搭建一個驗證仿真平臺，對164245進行了仿真，驗證了164245的功能，同時得到了ATE所需的圖形文件，實現(xiàn)了預期所要完成的任務。

隨著集成電路的發(fā)展，芯片設計水平的不斷提高，功能越來越復雜，測試圖形文件也將相當復雜且巨大，編寫出全面、有效，且基本覆蓋芯片大多數(shù)功能的測試圖形文件逐漸成為一種挑戰(zhàn)，在ATE上實現(xiàn)測試圖形自動生成已不可能。因此，有必要尋找一種能在EDA工具和ATE測試平臺之間的一種靈活通訊的方法。

目前常用的一種方法是，通過提取EDA工具產(chǎn)生的VCD仿真文件中的信息，轉換為ATE測試平臺所需的測試圖形文件[6]，這需要對VCD文件有一定的了解，也是進一步的工作。

參考文獻

[1] 陳明亮.數(shù)字集成電路自動測試硬件技術研究[D].成都：電子科技大學，2010.

[2] 時萬春.現(xiàn)代集成電路測試技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[3] 譚永良，伍廣鐘，崔華醒，等.自動測試設備加流測壓及加壓測流的設計[J]電子技術，2011（1）：68?69.

[4] 北京集成泰思特測試技術有限公司.JC?3165測試系統(tǒng)使用手冊[M].北京：北京集成泰思特測試技術有限公司，2009.