董博宇：在LED芯片制造設備上打敗美國企業

僅僅用了五年的時間，董博宇帶領團隊成員，刻苦鉆研，開拓創新，使氮化鋁設備從無到有，從有到強，讓國產設備躋身世界尖端行列，并引領著全球LED科技創新的風潮。

半導體設備是產業的基石，也是驅動行業進步的助推引擎。在我國自主研制的半導體設備中，從來沒有哪臺設備，如氮化鋁物理氣相沉積設備（AlN PVD）那般，以全球領先的技術優勢，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勢，打敗了全球半導體巨頭——美國應用材料公司（以下簡稱“美國應材”）的同類設備，為我國半導體設備制造業提振了士氣，振奮了人心。

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

2018年6月中旬，記者在北京經濟技術開發區的北方華創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，穿天藍色襯衫、米黃色西褲，思維敏捷，邏輯嚴密。最讓人印象深刻的是，在采訪結束后的參觀環節，他不厭其煩地帶大家穿梭于半導體設備實驗室，解釋每臺設備的工作方法和待解難題。穿工服時，他的氣質看上去更加迷人。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，但記者認定，董博宇就是那種“為創新而生”的人。

出國，回歸

2004年，董博宇從北京化工大學機械專業取得碩士學位后，進入北方微電子公司（“北方華創微電子”前身）工作。這是一家做半導體設備的公司，成立于2001年，由北京電控聯合七星集團、清華大學、北京大學、中科院微電子所和中科院光電技術研究所共同出資設立。

“做半導體很新鮮，很高大上”，年輕的董博宇對這個行業很著迷，尤其是聽到工藝人員做數據分析時，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，當他越熱愛這個行業，就越發現自己所知甚少。

“要做這個行業里的精英，就必須提升自己。”心懷鴻鵠之志，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，他要去領略世界最尖端半導體技術的風采。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物質工學博士學位，后又進入全球機械工業500強——日本荏原制作所精密電子公司CMP事業部設備研發組，負責下一代半導體設備450mm晶圓研磨設備CMP的項目研發。

從CMP設備論證、設計到裝配、樣機測試，半導體設備制造的奧秘，被董博宇層層揭開。不僅如此，為了推動項目進展，他還積極與多個部門及外部供應商溝通，協調解決此過程中出現的問題。這段歷煉，為他之后回國帶項目打下了深厚的積淀。

從機械專業到物質工學，從硬件設計到工藝制造，董博宇完成了單一型工科人才向交叉復合型人才的轉變。而具備多學科知識和應用技能，正是我國集成電路產業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”指導下，承接了集成電路設備國產化重任。“02專項”名稱來自于國務院在2006年2月發布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》，《綱要》確定了16個重大專項，其中包括極大規模集成電路制造技術及成套工藝（02專項）等。

“02專項”的提出，是為了從根本上改變我國半導體制造業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、先進封裝設備開發上廣泛布局，招賢納士。

2013年，遠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事業部。這一次，他所肩負的使命是基于LED產品做氮化鋁物理氣相沉積設備的研發工作。

明星產品

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概念，有專家提議，如果在圖形化藍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體設備和工藝上。

董博宇剛回國，領導抱著試試看的態度，讓他負責氮化鋁設備的研發。不久后，氮化鋁物理氣相沉積設備在公司立項，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，歷經無數次實驗，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。”那段日子里，董博宇像著了魔，處于一種近乎狂熱的狀態。“有時做夢夢到關鍵的信息，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”，回憶起當時的場景，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。”

其實，就嚴格意義上說，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生反應，生成的氮化鋁材料堆積在藍寶石基片表面上，隨著反應時間的增長，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，帶領團隊突破加熱系統、高溫真空放氣等諸多技術難點，完成了氮化鋁物理氣相沉積設備的硬件設計、安裝、調試工作。

不久后，由我國自主研發的第一臺氮化鋁物理氣相沉積設備（AlN PVD）正式下線。這一設備被應用于LED芯片制造，在藍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備獲得了來自世界各地的LED廠商的訂單，已售出設備達上百臺，總銷售額十多億元。公司領導稱之為是北方微電子的“明星產品”。

國內芯片產業要抱團發展

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

美國應材是何角色？它是全球半導體行業的龍頭企業，尤其是在高端半導體設備領域，它的產品覆蓋了整個產業鏈條。

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

為了防止知識產權糾紛，董博宇沒有采用常規的PVD設備開發思路，而是創新了一套工藝原理、硬件設計以及流程架構。“與應材的設備完全是兩套做法。”而且，他還強調，“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，保護力度大。”

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備，就坐落于美國應材總部五公里的地方。中國半導體設備出口美國，這事兒一經媒體報道，國人總算在半導體領域揚眉吐氣了一把！

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，“芯片是一個系統性產業，大家只有抱團發展，才有出路”。

從幾年前開始，公司領導決定花大力氣培養本地供貨商，“國外的東西要用，但是國內的東西即使是賠錢，我們也要把它們扶植起來。”董博宇對這句話記憶猶新。其實，如果說抱團發展，氮化鋁設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，讓國內企業參與進來。“由于國內企業一開始的加工水準難以滿足芯片行業標準，期間也經受了不少挫折，例如有一次加工件上沾了一點油漬，用到設備上就總是通不過。諸如此類的磨合數不勝數。”

但經過幾年的精心培養，一批本土供貨商成長起來了，加工水準大大提升，整個產業的本土配合度也提高了，大家收獲了共贏的結果。“甚至還有一些全球頂尖的半導體企業主動找到他們，這是北方微電子對行業的貢獻。”

除了培養國內的加工件供應商，董博宇還與下游的國內客戶密切合作。“一臺設備做出來后，需要找后端廠商反復驗證，才能知道真實的性能。”

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

董博宇做了個形象的比喻，發展集成電路這一系統產業，就像講一個美好的故事，如果每個人物都“各自為政”，沒有被很好地串聯起來，這個故事就沒法講下去了，或者說達不到吸引人的結果。

如今，董博宇團隊正全力進軍UV LED、Mini LED、Mirco-LED等多個新興LED工藝的設備研發，均已取得階段性成果。除此之外，團隊已與國內外20多所企業和院校開展合作，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備支撐。

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

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董博宇，北方華創微電子PVD事業單元產品總監，北京化工大學機械設計及制造士、碩士，日本福井大學物質工學博士，曾任職日本荏原制作所精密電子公司CMP事業部，負責450mm晶圓CMP設備研發，北京“海聚工程”青年項目入選者，北京市特聘專家，“首都勞動獎章”獲得者，北京經濟技術開發區“亦麒麟”人才。