微导纳米：助力ALD高端装备国产化 打赢关键核心技术攻坚战

1974年,芬兰科学家Tuomo Suntola博士发明了原子层沉积(ALD)技术,但相关工艺受限于配套的工程条件不甚齐备和较低的沉积速度,一直未获得实质性产业化进展。

直到上世纪90年代末期,随着微电子和深亚微米芯片技术的发展,市场对器件尺寸和材料提出了更高要求,ALD技术在加工三维结构和高深宽比微纳结构超薄膜方面的优势逐渐体现,成为了以集成电路先进制程晶圆制造为代表的关键核心技术之一。

在ALD领域,国外以芬兰的Picosun、Beneq、ASM International N.V等公司发展最为悠久;而国内ALD技术起步较晚,长期以来,中高端ALD产业化设备完全由少数几家海外知名半导体设备厂商垄断。

2015年,一位长期专注于ALD技术研发的华裔科学家——黎微明博士看到了国内ALD技术的短板以及广袤的市场应用空间,他毅然回国,与国内企业家共同创立了一家以原子层沉积技术为核心,主要从事先进微米级、纳米级薄膜沉积设备研发、生产和销售的企业。短短七年时间,这家公司在原子层沉积技术、高质量薄膜制造技术、高效电池制造技术等前沿科技领域,持续构筑和强化技术壁垒,产品遍及光伏、柔性电子、半导体、LED及MEMS等诸多领域,形成了一支专业能力强、服务素质过硬的高效团队。

这家异军突起的行业“隐形冠军”,正是注册在无锡新吴区的江苏微导纳米科技股份有限公司。

回国创业的三个原因

1990年,22岁的黎微明远赴芬兰赫尔辛基大学攻读无机化学学位,博士毕业后他陆续在ASM、Silecs、Picosun等国际知名企业承担并专精于ALD技术的应用与研发工作。

在特定情况下,不同元素原子可以通过表面饱和化学反应,形成具有自限制的单原子层,重复形成的原子层就能以薄膜形式密集地覆盖深亚微米级的复杂立体结构表面。目前,任何其他已知的技术也不能如此精确地实现薄膜沉积过程中“原子层级”的控制效果。

2010至2015年期间,黎微明在 Picosun公司负责ALD技术亚太区的运营和发展。“触动我选择回国创业的原因有三点”,黎微明表示,一是当时ALD设备几乎被国际几大巨头所垄断,国内在这一方面仍是空白;二是当时公司对亚太市场的战略偏向保守;三是参观了国内某高端装备企业后,他切身感受到中国尖端科技欣欣向荣的发展态势。

“我感受到国外媒体对中国方方面面的报道非常不客观,只有亲身经历,才了解到原来中国某些领域的科技企业,不论是技术水平,还是现代化管理水平均已经走在了世界前列。国内大环境,特别是江苏地方政府开放、务实、高效的工作作风也让人印象非常深刻。”

2015年,黎微明辞去芬兰Picosun公司亚太区董事的职位,出任微导纳米的副董事长兼首席技术官,负责该公司ALD技术路线和高端装备的研发与产业化。

全球首创将ALD技术规模化应用于光伏产业

早在2010年前后,国际巨头ASM、Picosun以及Beneq便尝试将 ALD技术应用在光伏市场,但是在推广的过程中,他们都遇到了技术或规模化、产业化方面的难题,纷纷将这一设想搁置。

“我2015年回国创业的时候,中国已经是全球光伏行业的领头羊,但所有的核心关键设备均来自于德国、瑞士等欧美国家。我们希望做一些创新和突破,把ALD技术的应用规模做得更大,在光伏领域实现产业化。”抱着这样的初衷,黎微明开始带领团队潜心研发ALD技术在光伏领域的应用。

ALD技术虽然可行,但*的难点在于该技术产业化的成本并不占优势。当时,国内光伏产业已经非常成熟,如何在有限的利润空间里将应用成本降低,实现产业化、规模化、标准化,成为了微导纳米创立以来首先需要解决的问题。

“*个光伏ALD设备,其实是客户主动找过来的。有家企业想尝试采用一些新的技术,应用在*进的电池片里面,提升电池效率。”

接到需求后,微导纳米用半年时间开发出了*代样机,随后黎微明又带着设备和团队进驻客户工厂办公一年,不断地调整工艺和技术。2018年,其光伏领域的“夸父”原子层沉积设备一经面世,便在行业内迅速引起了广泛关注。有业内人士评价:“微导纳米ALD设备批量重复验证的PERC电池效率、EL良率、设备稼动率、安全性能、产能和综合使用成本等关键技术指标,均超越了现在使用的主流国外技术,确立了一条不同于以往的新PERC电池生产方式。微导纳米独特的腔体和自动化设计,特别是其超高容量和超高产能的量产性能,极大地降低了PERC电池生产成本,是当前全球技术和性能最为先进的批量型ALD量产设备之一。”

回忆这段历程,黎微明表示:当时那个节点,微导纳米最缺乏的就是时间的验证,国内公司还不太相信国产化设备及技术,但其实我们*代产品技术指标就远远超过了当时能够买到的国际上*进的设备技术水平。从技术阶段来说,它远远超过我们现在所谓的“填补国内技术产业空白”,而更应该被称之为一项“国际级前沿技术创新”。

而后,越来越多的客户慕名而来寻求合作,微导纳米的产品覆盖包括通威太阳能、隆基股份、晶澳太阳能、阿特斯、天合光能等在内的多家知名太阳能电池片生产商。发展到今天,微导纳米的ALD产品几经迭代,工艺日渐纯熟,目前已成长为全球高效电池生产*进的核心设备之一,在同类型产品中市场占有率稳居全球*梯队。

加快突破半导体领域核心技术攻关

黎微明也是全球*批将ALD技术用于半导体领域的科学家之一。在芬兰工作期间,他参与了为英特尔公司45nm芯片研发高介电薄膜的工作,而国内在28nm产品上才使用到该项ALD技术。

“和国外现状相比,国内半导体行业至少落后了10年。微导纳米着力于扩大光伏领域ALD产品市场份额的同时,并没有放下半导体领域的研发探索,我们团队很多科研人员都是半导体行业出身,我们都希望通过自己的专业能够为中国半导体关键装备国产化出一份力。”在谈到微导纳米为何在成立3年后,又着力开拓半导体应用市场时,黎微明介绍道。

“要进军半导体的话,公司必须要有超净间和先进的检测设备,这需要大量的资金投入。也是在2019年,公司正式对外开放融资,毅达资本——在半导体领域深耕多年的国内头部机构,成为了微导纳米的A轮投资方。后续,公司又引进中芯聚源等产业界、投资界资本,为公司提供了大量资金支持。”

2022年开年,微导纳米传来好消息,公司成为国内首家成功将量产型 High-k 原子层沉积设备应用于 28nm节点集成电路制造前道生产线的国产设备公司。设备总体表现和工艺关键性能参数达到国际同类水平,并已获得客户重复订单认可,成功解决了一项半导体设备的国产化难题,这也标志着微导纳米在国产ALD装备产业化领域迈出了坚实的步伐。

随着半导体制造技术的不断进步,对ALD技术的需求也愈发显著。目前微导纳米已经与国内多家半导体企业展开深入合作,并突破了多项技术“无人区”,填补了该领域无国产设备的空白。

关于公司的未来,黎微明表示,“一方面,我们希望通过我们的专业,加快突破国产芯片设备发展的最前沿技术攻关。同时,我们希望能够将ALD技术应用到新能源、新材料等更多战略性产业领域,助力产业技术走在世界的最前沿。”