董博宇：在LED芯片制造設(shè)備上打敗美國企業(yè)

僅僅用了五年的時間，董博宇帶領(lǐng)團隊成員，刻苦鉆研，開拓創(chuàng)新，使氮化鋁設(shè)備從無到有，從有到強，讓國產(chǎn)設(shè)備躋身世界尖端行列，并引領(lǐng)著全球LED科技創(chuàng)新的風(fēng)潮。

半導(dǎo)體設(shè)備是產(chǎn)業(yè)的基石，也是驅(qū)動行業(yè)進(jìn)步的助推引擎。在我國自主研制的半導(dǎo)體設(shè)備中，從來沒有哪臺設(shè)備，如氮化鋁物理氣相沉積設(shè)備（AlN PVD）那般，以全球領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，以90%的占有率，在全球LED市場所向披靡。

它甚至還以壓倒性優(yōu)勢，打敗了全球半導(dǎo)體巨頭——美國應(yīng)用材料公司（以下簡稱“美國應(yīng)材”）的同類設(shè)備，為我國半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)提振了士氣，振奮了人心。

這臺設(shè)備的生產(chǎn)方是北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司（以下簡稱“北方華創(chuàng)微電子”），具體項目帶頭人是北京市“海聚工程”專家、北方華創(chuàng)微電子PVD事業(yè)單元產(chǎn)品總監(jiān)董博宇。僅僅用了五年的時間，董博宇帶領(lǐng)團隊成員，刻苦鉆研，開拓創(chuàng)新，使氮化鋁設(shè)備從無到有，從有到強，讓國產(chǎn)設(shè)備躋身世界尖端行列，并引領(lǐng)著全球LED科技創(chuàng)新的風(fēng)潮。

2018年6月中旬，記者在北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的北方華創(chuàng)微電子總部大樓見到了這位傳奇人物。董博宇戴了一副金絲眼鏡，穿天藍(lán)色襯衫、米黃色西褲，思維敏捷，邏輯嚴(yán)密。最讓人印象深刻的是，在采訪結(jié)束后的參觀環(huán)節(jié)，他不厭其煩地帶大家穿梭于半導(dǎo)體設(shè)備實驗室，解釋每臺設(shè)備的工作方法和待解難題。穿工服時，他的氣質(zhì)看上去更加迷人。如果不出差，他會穿著這身衣服整天泡在實驗室里。這位海聚專家甚至沒有獨立的辦公室，在他臨靠門的辦公桌上擺放著幾本書籍和資料，還有一個大大的雙肩包，似乎預(yù)示著電話一響，他就要拿起背包赴客戶之約，來一場“說走就走的旅行”。

雖然僅一面之緣，但記者認(rèn)定，董博宇就是那種“為創(chuàng)新而生”的人。

出國，回歸

2004年，董博宇從北京化工大學(xué)機械專業(yè)取得碩士學(xué)位后，進(jìn)入北方微電子公司（“北方華創(chuàng)微電子”前身）工作。這是一家做半導(dǎo)體設(shè)備的公司，成立于2001年，由北京電控聯(lián)合七星集團、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中科院微電子所和中科院光電技術(shù)研究所共同出資設(shè)立。

“做半導(dǎo)體很新鮮，很高大上”，年輕的董博宇對這個行業(yè)很著迷，尤其是聽到工藝人員做數(shù)據(jù)分析時，他覺得人家很厲害，崇拜得不行。他是做硬件出身，對工藝一竅不通，當(dāng)他越熱愛這個行業(yè)，就越發(fā)現(xiàn)自己所知甚少。

“要做這個行業(yè)里的精英，就必須提升自己?！毙膽养欩]之志，董博宇在北方微電子公司工作一年后提出辭職，坐上了去日本的航班，他要去領(lǐng)略世界最尖端半導(dǎo)體技術(shù)的風(fēng)采。而這一去，就是9年。

在這9年時光里，董博宇獲得了日本福井大學(xué)物質(zhì)工學(xué)博士學(xué)位，后又進(jìn)入全球機械工業(yè)500強——日本荏原制作所精密電子公司CMP事業(yè)部設(shè)備研發(fā)組，負(fù)責(zé)下一代半導(dǎo)體設(shè)備450mm晶圓研磨設(shè)備CMP的項目研發(fā)。

從CMP設(shè)備論證、設(shè)計到裝配、樣機測試，半導(dǎo)體設(shè)備制造的奧秘，被董博宇層層揭開。不僅如此，為了推動項目進(jìn)展，他還積極與多個部門及外部供應(yīng)商溝通，協(xié)調(diào)解決此過程中出現(xiàn)的問題。這段歷煉，為他之后回國帶項目打下了深厚的積淀。

從機械專業(yè)到物質(zhì)工學(xué)，從硬件設(shè)計到工藝制造，董博宇完成了單一型工科人才向交叉復(fù)合型人才的轉(zhuǎn)變。而具備多學(xué)科知識和應(yīng)用技能，正是我國集成電路產(chǎn)業(yè)對高端人才切實而又急迫的訴求。

在董博宇離開的9年時間里，北方微電子在國家“02專項”指導(dǎo)下，承接了集成電路設(shè)備國產(chǎn)化重任?！?2專項”名稱來自于國務(wù)院在2006年2月發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，《綱要》確定了16個重大專項，其中包括極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)及成套工藝（02專項）等。

“02專項”的提出，是為了從根本上改變我國半導(dǎo)體制造業(yè)長期以來的落后局面。而北方微電子作為重要參與方與踐行者，開始在集成電路、先進(jìn)封裝設(shè)備開發(fā)上廣泛布局，招賢納士。

2013年，遠(yuǎn)在異國的董博宇懷著對祖國和家的思念，在“老東家”的召喚下，回國加入北方微電子PVD事業(yè)部。這一次，他所肩負(fù)的使命是基于LED產(chǎn)品做氮化鋁物理氣相沉積設(shè)備的研發(fā)工作。

明星產(chǎn)品

氮化鋁是什么？起初，董博宇也搞不清楚。在這之前，氮化鋁只是一個技術(shù)概念，有專家提議，如果在圖形化藍(lán)寶石襯底上鍍一層氮化鋁薄膜，會大幅提升LED芯片的光電性能。這一概念提出后，很多公司躍躍欲試，但沒有一家成功地將其用于半導(dǎo)體設(shè)備和工藝上。

董博宇剛回國，領(lǐng)導(dǎo)抱著試試看的態(tài)度，讓他負(fù)責(zé)氮化鋁設(shè)備的研發(fā)。不久后，氮化鋁物理氣相沉積設(shè)備在公司立項，初始團隊只有董博宇一個人。

為了研制出氮化鋁，董博宇沒少花心血，用了很長時間摸索，歷經(jīng)無數(shù)次實驗，還要不斷承受實驗失敗的壓力。“每天早上五點鐘起床，趕到實驗室做實驗。晚上十點后，拖著疲憊的身軀回家。甚至周末也不休息?！蹦嵌稳兆永?，董博宇像著了魔，處于一種近乎狂熱的狀態(tài)?！坝袝r做夢夢到關(guān)鍵的信息，醒來后趕緊用筆記下來，生怕再睡一覺就忘了。”

終于，歷經(jīng)一年多實驗，氮化鋁被成功地研制出來，“那是一種近乎透明的物質(zhì)”，回憶起當(dāng)時的場景，董博宇的眸子里滿是喜悅。他還不忘自嘲，“也有自認(rèn)為成功的時候，例如有一次實驗生成了黑色粉末，我們就以為氮化鋁是黑色的?！?/p>

其實，就嚴(yán)格意義上說，氮化鋁是一種鍍膜工藝。“在鋁材料上通入氬氣，在外加電場的作用下，氬氣被離子化，并高速撞擊鋁材料，被撞擊下來的鋁材料與另外通入的氮氣發(fā)生反應(yīng)，生成的氮化鋁材料堆積在藍(lán)寶石基片表面上，隨著反應(yīng)時間的增長，氮化鋁材料越積越厚，最終形成透明狀的沉積薄膜。”董博宇解釋。

這一工藝的難點在于，離子落在藍(lán)寶石基片上，要求每個點都要有相同的厚度、密度、電阻和透過率。基片尺寸越大，工藝難度越大。在不斷的摸索中，董博宇編制出幾十個氮化鋁工藝步驟，帶領(lǐng)團隊突破加熱系統(tǒng)、高溫真空放氣等諸多技術(shù)難點，完成了氮化鋁物理氣相沉積設(shè)備的硬件設(shè)計、安裝、調(diào)試工作。

不久后，由我國自主研發(fā)的第一臺氮化鋁物理氣相沉積設(shè)備（AlN PVD）正式下線。這一設(shè)備被應(yīng)用于LED芯片制造，在藍(lán)寶石基片上鍍一層氮化鋁薄膜，可以提升LED芯片的性能與質(zhì)量，減少能耗，降低芯片的制造成本。

在短短的4年時間里，北方微電子的氮化鋁物理氣相沉積設(shè)備獲得了來自世界各地的LED廠商的訂單，已售出設(shè)備達(dá)上百臺，總銷售額十多億元。公司領(lǐng)導(dǎo)稱之為是北方微電子的“明星產(chǎn)品”。

國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)要抱團發(fā)展

早在項目研發(fā)之初，董博宇就和“兄弟們”（他對團隊成員的別稱）定下三個目標(biāo)：打敗美國應(yīng)材，做領(lǐng)先的技術(shù)，走出海外。

美國應(yīng)材是何角色？它是全球半導(dǎo)體行業(yè)的龍頭企業(yè)，尤其是在高端半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，它的產(chǎn)品覆蓋了整個產(chǎn)業(yè)鏈條。

但是對于氮化鋁研發(fā)，雙方在同一個起跑線上。起初，這家半導(dǎo)體“巨無霸”并沒有將北方微電子放在心上，直到董博宇帶領(lǐng)團隊先于他們做出氮化鋁設(shè)備，這才有所警覺，卻也束手無措。

為了防止知識產(chǎn)權(quán)糾紛，董博宇沒有采用常規(guī)的PVD設(shè)備開發(fā)思路，而是創(chuàng)新了一套工藝原理、硬件設(shè)計以及流程架構(gòu)?！芭c應(yīng)材的設(shè)備完全是兩套做法?！倍?，他還強調(diào)，“項目研制成功后，我們也快速在很多國家申請了PCT專利，布局比較早，保護(hù)力度大?！?/p>

比較有趣的是，2017年，北方微電子向美國出口了一臺氮化鋁物理氣相沉積設(shè)備，就坐落于美國應(yīng)材總部五公里的地方。中國半導(dǎo)體設(shè)備出口美國，這事兒一經(jīng)媒體報道，國人總算在半導(dǎo)體領(lǐng)域揚眉吐氣了一把！

提及最近的“中興事件”，“卡脖子的地方太多了”，董博宇的回答一針見血，“芯片是一個系統(tǒng)性產(chǎn)業(yè)，大家只有抱團發(fā)展，才有出路”。

從幾年前開始，公司領(lǐng)導(dǎo)決定花大力氣培養(yǎng)本地供貨商，“國外的東西要用，但是國內(nèi)的東西即使是賠錢，我們也要把它們扶植起來?！倍┯顚@句話記憶猶新。其實，如果說抱團發(fā)展，氮化鋁設(shè)備的研制成功就是一個很好的案例。

董博宇團隊從加工件入手，讓國內(nèi)企業(yè)參與進(jìn)來?！坝捎趪鴥?nèi)企業(yè)一開始的加工水準(zhǔn)難以滿足芯片行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，期間也經(jīng)受了不少挫折，例如有一次加工件上沾了一點油漬，用到設(shè)備上就總是通不過。諸如此類的磨合數(shù)不勝數(shù)?！?/p>

但經(jīng)過幾年的精心培養(yǎng)，一批本土供貨商成長起來了，加工水準(zhǔn)大大提升，整個產(chǎn)業(yè)的本土配合度也提高了，大家收獲了共贏的結(jié)果?！吧踔吝€有一些全球頂尖的半導(dǎo)體企業(yè)主動找到他們，這是北方微電子對行業(yè)的貢獻(xiàn)?！?/p>

除了培養(yǎng)國內(nèi)的加工件供應(yīng)商，董博宇還與下游的國內(nèi)客戶密切合作。“一臺設(shè)備做出來后，需要找后端廠商反復(fù)驗證，才能知道真實的性能?！?/p>

在氮化鋁設(shè)備的研制過程中，董博宇團隊就與一家國內(nèi)廠商密切合作，共同攻關(guān)，最終研制出了符合客戶需求的設(shè)備。這家國內(nèi)廠商也成為了第一臺設(shè)備的購買者。董博宇說，“很感謝對方當(dāng)時的支持”。如今，董博宇團隊經(jīng)常不辭出差辛苦，到客戶那里現(xiàn)場解決問題，與客戶建立了緊密的聯(lián)系。

董博宇做了個形象的比喻，發(fā)展集成電路這一系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，就像講一個美好的故事，如果每個人物都“各自為政”，沒有被很好地串聯(lián)起來，這個故事就沒法講下去了，或者說達(dá)不到吸引人的結(jié)果。

如今，董博宇團隊正全力進(jìn)軍UV LED、Mini LED、Mirco-LED等多個新興LED工藝的設(shè)備研發(fā)，均已取得階段性成果。除此之外，團隊已與國內(nèi)外20多所企業(yè)和院校開展合作，為硅、碳化硅基片的MEMS聲波壓電傳感、功率器件HEMT等提供氮化鋁工藝的設(shè)備支撐。

“這些都離不開產(chǎn)業(yè)上下游的相互扶持。大家只有相互配合，才能把產(chǎn)業(yè)盤活，把蛋糕做大。”董博宇說。

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董博宇，北方華創(chuàng)微電子PVD事業(yè)單元產(chǎn)品總監(jiān)，北京化工大學(xué)機械設(shè)計及制造士、碩士，日本福井大學(xué)物質(zhì)工學(xué)博士，曾任職日本荏原制作所精密電子公司CMP事業(yè)部，負(fù)責(zé)450mm晶圓CMP設(shè)備研發(fā)，北京“海聚工程”青年項目入選者，北京市特聘專家，“首都勞動獎?wù)隆鲍@得者，北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)“亦麒麟”人才。