在LED芯片制造设备上打败美国企业

18975751 · 发表于 2018-7-31 22:19:53

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仅仅用了五年的时间，董博宇带领团队成员，刻苦钻研，开拓创新，使氮化铝设备从无到有，从有到强，让国产设备跻身世界尖端行列，并引领着全球LED科技创新的风潮。

半导体设备是产业的基石，也是驱动行业进步的助推引擎。在我国自主研制的半导体设备中，从来没有哪台设备，如氮化铝物理气相沉积设备（AlN PVD）那般，以全球领先的技术优势，以90%的占有率，在全球LED市场所向披靡。

它甚至还以压倒性优势，打败了全球半导体巨头——美国应用材料公司（以下简称“美国应材”）的同类设备，为我国半导体设备制造业提振了士气，振奋了人心。

这台设备的生产方是北京北方华创微电子装备有限公司（以下简称“北方华创微电子”），具体项目带头人是北京市“海聚工程”专家、北方华创微电子PVD事业单元产品总监董博宇。仅仅用了五年的时间，董博宇带领团队成员，刻苦钻研，开拓创新，使氮化铝设备从无到有，从有到强，让国产设备跻身世界尖端行列，并引领着全球LED科技创新的风潮。

2018年6月中旬，记者在北京经济技术开发区的北方华创微电子总部大楼见到了这位传奇人物。董博宇戴了一副金丝眼镜，穿天蓝色衬衫、米黄色西裤，思维敏捷，逻辑严密。最让人印象深刻的是，在采访结束后的参观环节，他不厌其烦地带大家穿梭于半导体设备实验室，解释每台设备的工作方法和待解难题。穿工服时，他的气质看上去更加迷人。如果不出差，他会穿着这身衣服整天泡在实验室里。这位海聚专家甚至没有独立的办公室，在他临靠门的办公桌上摆放着几本书籍和资料，还有一个大大的双肩包，似乎预示着电话一响，他就要拿起背包赴客户之约，来一场“说走就走的旅行”。

虽然仅一面之缘，但记者认定，董博宇就是那种“为创新而生”的人。

18975751 · 发表于 2018-7-31 22:20:07

出国，回归

2004年，董博宇从北京化工大学机械专业取得硕士学位后，进入北方微电子公司（“北方华创微电子”前身）工作。这是一家做半导体设备的公司，成立于2001年，由北京电控联合七星集团、清华大学、北京大学、中科院微电子所和中科院光电技术研究所共同出资设立。

“做半导体很新鲜，很高大上”，年轻的董博宇对这个行业很着迷，尤其是听到工艺人员做数据分析时，他觉得人家很厉害，崇拜得不行。他是做硬件出身，对工艺一窍不通，当他越热爱这个行业，就越发现自己所知甚少。

“要做这个行业里的精英，就必须提升自己。”心怀鸿鹄之志，董博宇在北方微电子公司工作一年后提出辞职，坐上了去日本的航班，他要去领略世界最尖端半导体技术的风采。而这一去，就是9年。

在这9年时光里，董博宇获得了日本福井大学物质工学博士学位，后又进入全球机械工业500强——日本荏原制作所精密电子公司CMP事业部设备研发组，负责下一代半导体设备450mm晶圆研磨设备CMP的项目研发。

从CMP设备论证、设计到装配、样机测试，半导体设备制造的奥秘，被董博宇层层揭开。不仅如此，为了推动项目进展，他还积极与多个部门及外部供应商沟通，协调解决此过程中出现的问题。这段历炼，为他之后回国带项目打下了深厚的积淀。

从机械专业到物质工学，从硬件设计到工艺制造，董博宇完成了单一型工科人才向交叉复合型人才的转变。而具备多学科知识和应用技能，正是我国集成电路产业对高端人才切实而又急迫的诉求。

在董博宇离开的9年时间里，北方微电子在国家“02专项”指导下，承接了集成电路设备国产化重任。“02专项”名称来自于国务院在2006年2月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，《纲要》确定了16个重大专项，其中包括极大规模集成电路制造技术及成套工艺（02专项）等。

“02专项”的提出，是为了从根本上改变我国半导体制造业长期以来的落后局面。而北方微电子作为重要参与方与践行者，开始在集成电路、先进封装设备开发上广泛布局，招贤纳士。

2013年，远在异国的董博宇怀着对祖国和家的思念，在“老东家”的召唤下，回国加入北方微电子PVD事业部。这一次，他所肩负的使命是基于LED产品做氮化铝物理气相沉积设备的研发工作。

明星产品

氮化铝是什么？起初，董博宇也搞不清楚。在这之前，氮化铝只是一个技术概念，有专家提议，如果在图形化蓝宝石衬底上镀一层氮化铝薄膜，会大幅提升LED芯片的光电性能。这一概念提出后，很多公司跃跃欲试，但没有一家成功地将其用于半导体设备和工艺上。

董博宇刚回国，领导抱着试试看的态度，让他负责氮化铝设备的研发。不久后，氮化铝物理气相沉积设备在公司立项，初始团队只有董博宇一个人。

为了研制出氮化铝，董博宇没少花心血，用了很长时间摸索，历经无数次实验，还要不断承受实验失败的压力。“每天早上五点钟起床，赶到实验室做实验。晚上十点后，拖着疲惫的身躯回家。甚至周末也不休息。”那段日子里，董博宇像着了魔，处于一种近乎狂热的状态。“有时做梦梦到关键的信息，醒来后赶紧用笔记下来，生怕再睡一觉就忘了。”

终于，历经一年多实验，氮化铝被成功地研制出来，“那是一种近乎透明的物质”，回忆起当时的场景，董博宇的眸子里满是喜悦。他还不忘自嘲，“也有自认为成功的时候，例如有一次实验生成了黑色粉末，我们就以为氮化铝是黑色的。”

其实，就严格意义上说，氮化铝是一种镀膜工艺。“在铝材料上通入氩气，在外加电场的作用下，氩气被离子化，并高速撞击铝材料，被撞击下来的铝材料与另外通入的氮气发生反应，生成的氮化铝材料堆积在蓝宝石基片表面上，随着反应时间的增长，氮化铝材料越积越厚，最终形成透明状的沉积薄膜。”董博宇解释。

北方华创微电子第100台氮化铝设备顺利交付

这一工艺的难点在于，离子落在蓝宝石基片上，要求每个点都要有相同的厚度、密度、电阻和透过率。基片尺寸越大，工艺难度越大。在不断的摸索中，董博宇编制出几十个氮化铝工艺步骤，带领团队突破加热系统、高温真空放气等诸多技术难点，完成了氮化铝物理气相沉积设备的硬件设计、安装、调试工作。

不久后，由我国自主研发的第一台氮化铝物理气相沉积设备（AlN PVD）正式下线。这一设备被应用于LED芯片制造，在蓝宝石基片上镀一层氮化铝薄膜，可以提升LED芯片的性能与质量，减少能耗，降低芯片的制造成本。

在短短的4年时间里，北方微电子的氮化铝物理气相沉积设备获得了来自世界各地的LED厂商的订单，已售出设备达上百台，总销售额十多亿元。公司领导称之为是北方微电子的“明星产品”。

国内芯片产业要抱团发展

早在项目研发之初，董博宇就和“兄弟们”（他对团队成员的别称）定下三个目标：打败美国应材，做领先的技术，走出海外。

美国应材是何角色？它是全球半导体行业的龙头企业，尤其是在高端半导体设备领域，它的产品覆盖了整个产业链条。

但是对于氮化铝研发，双方在同一个起跑线上。起初，这家半导体“巨无霸”并没有将北方微电子放在心上，直到董博宇带领团队先于他们做出氮化铝设备，这才有所警觉，却也束手无措。

为了防止知识产权纠纷，董博宇没有采用常规的PVD设备开发思路，而是创新了一套工艺原理、硬件设计以及流程架构。“与应材的设备完全是两套做法。”而且，他还强调，“项目研制成功后，我们也快速在很多国家申请了PCT专利，布局比较早，保护力度大。”

比较有趣的是，2017年，北方微电子向美国出口了一台氮化铝物理气相沉积设备，就坐落于美国应材总部五公里的地方。中国半导体设备出口美国，这事儿一经媒体报道，国人总算在半导体领域扬眉吐气了一把！

提及最近的“中兴事件”，“卡脖子的地方太多了”，董博宇的回答一针见血，“芯片是一个系统性产业，大家只有抱团发展，才有出路”。

北方华创微电子在台湾光电展推介AIN设备

从几年前开始，公司领导决定花大力气培养本地供货商，“国外的东西要用，但是国内的东西即使是赔钱，我们也要把它们扶植起来。”董博宇对这句话记忆犹新。其实，如果说抱团发展，氮化铝设备的研制成功就是一个很好的案例。

董博宇团队从加工件入手，让国内企业参与进来。“由于国内企业一开始的加工水准难以满足芯片行业标准，期间也经受了不少挫折，例如有一次加工件上沾了一点油渍，用到设备上就总是通不过。诸如此类的磨合数不胜数。”

但经过几年的精心培养，一批本土供货商成长起来了，加工水准大大提升，整个产业的本土配合度也提高了，大家收获了共赢的结果。“甚至还有一些全球顶尖的半导体企业主动找到他们，这是北方微电子对行业的贡献。”

除了培养国内的加工件供应商，董博宇还与下游的国内客户密切合作。“一台设备做出来后，需要找后端厂商反复验证，才能知道真实的性能。”

在氮化铝设备的研制过程中，董博宇团队就与一家国内厂商密切合作，共同攻关，最终研制出了符合客户需求的设备。这家国内厂商也成为了第一台设备的购买者。董博宇说，“很感谢对方当时的支持”。如今，董博宇团队经常不辞出差辛苦，到客户那里现场解决问题，与客户建立了紧密的联系。

董博宇做了个形象的比喻，发展集成电路这一系统产业，就像讲一个美好的故事，如果每个人物都“各自为政”，没有被很好地串联起来，这个故事就没法讲下去了，或者说达不到吸引人的结果。

如今，董博宇团队正全力进军UV LED、Mini LED、Mirco-LED等多个新兴LED工艺的设备研发，均已取得阶段性成果。除此之外，团队已与国内外20多所企业和院校开展合作，为硅、碳化硅基片的MEMS声波压电传感、功率器件HEMT等提供氮化铝工艺的设备支撑。

“这些都离不开产业上下游的相互扶持。大家只有相互配合，才能把产业盘活，把蛋糕做大。”董博宇说。

链接：

董博宇，北方华创微电子PVD事业单元产品总监，北京化工大学机械设计及制造士、硕士，日本福井大学物质工学博士，曾任职日本荏原制作所精密电子公司CMP事业部，负责450mm晶圆CMP设备研发，北京“海聚工程”青年项目入选者，北京市特聘专家，“首都劳动奖章”获得者，北京经济技术开发区“亦麒麟”人才。

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