CN103215535A - 一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体集成电路芯片（晶片）等离子体刻蚀领域，具体为一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法。采用纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，利用高速气流将Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数：喷射距离5～50mm、气体压强0.5～5.0MPa、气体温度为260～520℃、气流流量为10～30g/s、粉末粒度为1～50μm，使混合粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面上，形成均匀分布的防护涂层，该涂层可以在等离子刻蚀腔体中原位钝化。该涂层能减少或阻止腐蚀性气体对腔体的腐蚀和金属离子对半导体晶片的污染，提高等离子体刻蚀晶片生产中反应室腔体材料的使用寿命。

Description

一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路芯片（晶片）等离子体刻蚀领域，具体为一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法。
背景技术
等离子体刻蚀（也称干法刻蚀）是集成电路制造中的关键工艺之一，它的工艺水平将直接影响到最终产品质量和生产工艺的先进性。刻蚀用等离子体都是由化学活性强的气体产生，在低压下反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体，反应腔体中的气体在电子的撞击下，形成大量的活性基团，活性基团和被刻蚀的晶片或芯片形成化学反应并形成挥发性的反应生成物，反应生成物脱离晶片的表面被抽出腔体。
一般的腔体材料采用的是铝合金或不锈钢材料制成，在等离子反应腔体中，被刻蚀的晶片被置于面积较小的电极上，直流偏压会使带正电的反应气体离子加速撞击晶片的表面。同时，腔体中合金材料中的杂质元素也能被离子轰击出来污染晶片的刻蚀。特别是感应耦合等离子（ICP）反应室是在反应离子刻蚀（RIE）反应室的上方加置线圈状的电极，并通过电感耦合达到增强等离子密度的效果，这样对腔体材料的要求就更加苛刻。目前，在高端晶片生产中反应室腔体材料都采用表面钝化或镀膜的处理方法来减少腔体的腐蚀和金属离子的污染。钝化或镀膜的方法制备的膜层较薄，在连续的等离子能量轰击下，腔体表面腐蚀或积累成聚合物最终不能使用。
因为刻蚀工艺采用的等离子体化学活性强，且离子轰击效应明显，若腔体材料抵抗此类等离子体腐蚀的能力差，就会带来等离子体的污染，影响刻蚀工艺，降低成品晶片的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，该涂层能减少或阻止腐蚀性气体对腔体的腐蚀和金属离子对半导体晶片的污染，提高等离子体刻蚀晶片生产中反应室腔体材料的使用寿命。
为实现上述目的，本发明的技术方案：
一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，采用纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，利用高速气流将Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数：喷射距离5～50mm、气体压强0.5～5.0MPa、气体温度为260～520℃、气流流量为10～30g/s、粉末粒度为1～50μm，使混合粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面上，形成均匀分布的防护涂层；其中，纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的重量比例为（0.1～1）：1；Y2O3-A12O3粉末中，Y2O3与A12O3的重量比为（2.0～2.3）：1。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行表面抛光、钝化。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，抛光采用机械抛光方法，要求粗糙度Ra：0.3-1.6。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，钝化为在等离子刻蚀装置中进行毒化处理，对等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行等离子钝化时，氧等离子体中的O+和O-离子对腔体钝化处理起主要作用，腔体壁经钝化处理后涂层中的氧和金属以Y-O或Al-O的形态大量增加，随等离子钝化处理的时间的增加，产生大量的Y-O-、Al-O-、Y+、Al+游离基等离子体，这些离子以较高的动能在表面迁移、移动并进入涂层内与Al、Y2O3和A12O3进行键合，等离子体通过提供足够的动能使表面生成大量的Y3A15O12钇铝石榴石结构，有效改善涂层的微结构；腔体在真空条件和氧分压下，通过辉光放电即能产生所需数量的等离子基元对腔体表面予以钝化；钝化反应式：
Figure BDA00003058360400021
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，等离子刻蚀腔体钝化采用的装置包括：进气管Ⅰ、压力表、等离子体、出气管、电极、射频电源，等离子刻蚀腔体的一端连有进气管Ⅰ，进气管Ⅰ接气体系统，进气管Ⅰ上设有压力表；等离子刻蚀腔体的另一端连有出气管，出气管接真空系统；等离子刻蚀腔体中设置等离子体、电极，电极通过导线，经匹配电路连至射频电源。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，钝化工艺条件如下，
（1）时间参数：
按先后顺序为：充气→清洗→预抽→主抽→送气→辉光放电，具体如下，充气20～40秒，清洗50～70秒，预抽110～130秒，主抽170～190秒，送气140～160秒，辉光放电530～550秒；
（2）工艺参数：
工艺压力10～20Pa，辉光功率500～700W，氧气流量200～400SCCM，压力偏差10～20Pa；
钝化后，在等离子刻蚀腔体涂层表面形成Y3A15O12或掺杂的Y3A15O12薄膜，掺杂的Y3A15O12薄膜中，Y3A15O12占90wt%以上，其余为A12O3、Y2O3、Y4A12O9和YA1O3之一种或两种以上，薄膜的厚度为1～3微米。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，充气是指：向等离子刻蚀腔体中充入等离子轰击清洗所用的气体He、Ar或N2；
清洗是指：在等离子体钝化前进行常规的表面等离子体轰击清洗；
预抽是指：通过真空系统对等离子刻蚀腔体预抽真空，至等离子刻蚀腔体内的真空度为小于500Pa时，开启主抽；
主抽是指：通过真空系统对等离子刻蚀腔体抽到所需要的真空度（5～7）×10-1Pa；
送气是指：送入等离子体钝化所需要的气体O2；
辉光放电是指：采用气体激发低气压放电过程，在容器内放置两块电极板利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态降回至基态时会以光的形式释放出能量。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，等离子刻蚀腔体表面防护涂层制备方法采用的装置，具有进气管Ⅱ、加热器、送粉器、超音速喷嘴，进气管Ⅱ的一端与高压气源连接，进气管Ⅱ的另一端分别经送粉器和加热器与超音速喷嘴相连接，进气管Ⅱ置于加热器中的部分为螺旋形结构，等离子刻蚀腔体内表面与超音速喷嘴出口相对。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层过程中，高压气源的压缩气体分两路，一路进入送粉器，作为载体将粉末引入超音速喷嘴；另一路进入加热器，气体经过预热后进入超音速喷嘴，在超音速喷嘴的进气口，两路气体在进气口混合形成气-固双相流；气-固双相流在超音速喷嘴的收缩段加速至音速，而后通过喉部在超音速喷嘴的扩张段继续膨胀加速，气-固双相流在超音速喷嘴的出口处达到超音速，气-固双相流喷射到等离子刻蚀腔体的内表面，利用高速气流将粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面，其中的金属颗粒与等离子刻蚀腔体的内表面碰撞发生严重的塑性变形粘接于等离子刻蚀腔体的内表面，后继的高动能颗粒重复这一过程而形成复合涂层。
所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，高压气源的压缩气体为空气、氮气或者氦气。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1．本发明采用气体动力喷涂技术，仅通过机械均匀混合粉末，就可利用高速气流将Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数，使粉末沉积在腔体表面上形成均匀分布的防护涂层，能有效地增加涂层的厚度，该涂层可以在等离子刻蚀腔体中原位钝化。
2．本发明能够在Al及其合金和不锈钢表面直接制备等离子刻蚀腔体防护涂层，并在等离子体下原位生成Y3A15O12薄膜，能在等离子体刻蚀工艺中，保持的化学惰性，而且在长时间离子轰击侵蚀作用下能保持结构稳定性。
3．本发明采用Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末，可以方便的调节元素比例制备防护涂层，也就是说Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的含量可以任意调节，解决了真空镀膜靶材元素受限制的问题。
4．本发明所述Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备的防护涂层，原位生成Y3A15O12薄膜，Y2O3作为分散剂能显著增强材料的机械性能和化学稳定性，Y原子在晶界的析出能大大提高A12O3多晶材料的抗儒变性同时能保持很好的高温和化学稳定性。
5.本发明制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，能有效地提高等离子刻蚀腔体表面的耐腐蚀性以及减少金属离子的污染。
6.本发明方法简单、成本低、效率高，可以制备多种防护涂层其专用装置结构简单、实用，操作方便。
附图说明
图1为本发明等离子钝化示意图。
图2为本发明等离子刻蚀腔体钝化示意图。
图3为本发明等离子刻蚀腔体表面防护涂层制备装置示意图。
图中，1进气管Ⅰ；2压力表；3等离子体；4出气管；5电极；6射频电源；7等离子刻蚀腔体；8进气管Ⅱ；9加热器；10送粉器；11超音速喷嘴；12等离子刻蚀腔体表面。
具体实施方式
如图3所示，本发明制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层的专用装置，具有进气管Ⅱ8、加热器9、送粉器10、超音速喷嘴11等，进气管Ⅱ8的一端与高压气源连接，进气管Ⅱ8的另一端分别经送粉器10和加热器9与超音速喷嘴11相连接，进气管Ⅱ8置于加热器9中的部分为螺旋形结构，等离子刻蚀腔体表面12与超音速喷嘴11出口相对。
本发明中，气体动力喷涂技术和超音速喷嘴可以采用中国发明专利：冷气动力喷涂装置，专利号为01128130.8，公开号为CN1403210A。超音速喷嘴由收缩段、喉部和扩张段三部分组成，超音速喷嘴进气口的截面积、喉部、出气口的截面积必须符合一定的比例，以保证压缩气体通过超音速喷嘴之后能够达到超音速。
本发明中，采用纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层。如图3所示，制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层装置的工作过程是：高压气源的压缩气体分两路，一路进入送粉器，作为载体将粉末引入超音速喷嘴；另一路进入加热器，气体经过预热后进入超音速喷嘴，在超音速喷嘴的进气口，两路气体在进气口混合形成气-固双相流。气-固双相流在超音速喷嘴的收缩段加速至音速，而后通过喉部在超音速喷嘴的扩张段继续膨胀加速，气-固双相流在超音速喷嘴的出口处达到超音速，气-固双相流喷射到等离子刻蚀腔体的表面，利用高速气流将粉末沉积在等离子刻蚀腔体的表面，其中的金属颗粒与等离子刻蚀腔体的表面碰撞发生严重的塑性变形粘接于等离子刻蚀腔体的表面，后继的高动能颗粒重复这一过程而形成复合涂层。其工艺参数为：喷射距离5～50mm、气体压强0.5～5.0MPa、气体温度为260～520℃、气流流量为10～30g/s、粉末粒度为1～50μm，在等离子刻蚀腔体的表面获得防护涂层，防护涂层的厚度根据需要通过喷射时间进行调整，一般为1～3毫米。
本发明中，所用粉末为纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末，纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的重量比例为（0.1～1）：1；Y2O3-A12O3粉末中，Y2O3与A12O3的重量比为（2.0～2.3）：1。所述高压气源的压缩气体为空气、氮气或者氦气。
本发明中，对等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行表面抛光、钝化。其中，
抛光：采用机械抛光方法，要求粗糙度Ra：0.3-1.6。
钝化：在等离子刻蚀装置中进行钝化（毒化）处理，等离子钝化原理为：对等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行等离子钝化时，氧等离子体中的O+和O-离子对腔体钝化处理起主要作用。腔体壁经钝化处理后涂层中的氧和金属以Y-O或Al-O的形态大量增加。随等离子钝化处理的时间的增加，产生大量的Y-O-、Al-O-、Y+、Al+游离基等离子体，这些离子以较高的动能在表面迁移、移动并进入涂层内与Al、Y2O3和A12O3进行键合。等离子体通过提供足够的动能使表面生成大量的Y3A15O12钇铝石榴石结构，能有效改善涂层的微结构。腔体在真空条件和一定氧分压下，通过辉光放电即能产生所需数量的等离子基元对腔体表面予以钝化。提高功率和增加时间，能有效的增加钝化层的厚度、有利于提高钝化层的性能，见附图1。
等离子刻蚀腔体钝化工艺见图2，如图2所示，等离子刻蚀腔体7的一端连有进气管Ⅰ1，进气管Ⅰ1接气体系统，进气管Ⅰ1上设有压力表2；等离子刻蚀腔体7的另一端连有出气管4，出气管4接真空系统；等离子刻蚀腔体7中设置等离子体3、电极5，电极5通过导线，经匹配电路连至射频电源6。
实施例1
采用纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，利用高速气流将Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数：喷射距离20mm、气体压强2.0MPa、气体温度为400℃、气流流量为20g/s、粉末平均粒度为20μm，使混合粉末沉积在等离子刻蚀腔体的表面上，形成均匀分布的防护涂层；其中，纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的重量比例为0.2：1；Y2O3-A12O3粉末中，Y2O3与A12O3的重量比为2：1。
本实施例中，等离子刻蚀腔体钝化工艺参照等离子刻蚀工艺，钝化工艺条件如下，
（1）时间参数：
预抽 120Sec 辉光放电 540Sec
主抽 180Sec 清洗 60Sec
送气 150Sec 充气 30Sec
按先后顺序为：充气→清洗→预抽→主抽→送气→辉光放电，具体如下，
充气是指：向等离子刻蚀腔体7中充入等离子轰击清洗所用的气体（Ar、He或N2）；
清洗是指：在等离子体钝化前进行常规的表面等离子体轰击清洗；
预抽是指：通过真空系统对等离子刻蚀腔体7预抽真空，至等离子刻蚀腔体7内的真空度为小于500Pa时，开启主抽；
主抽是指：通过真空系统对等离子刻蚀腔体抽到所需要的真空度（5～7）×10-1Pa；
送气是指：送入等离子体钝化所需要的气体（O2）；
辉光放电是指：采用气体激发(如：氦等离子体或氩等离子体)的低气压放电过程，在容器内放置两块电极板利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态降回至基态时会以光的形式释放出能量，这个过程即常规的辉光放电。
（2）工艺参数：
工艺压力 15Pa 辉光功率 600W
氧气流量 300SCCM 压力偏差 20Pa
本发明中，钝化反应式：
Figure BDA00003058360400071
钝化后，在等离子刻蚀腔体涂层表面形成Y3A15O12或掺杂的Y3A15O12薄膜，掺杂的Y3A15O12薄膜中，Y3A15O12占90wt%以上，其余为A12O3、Y2O3、Y4A12O9和YA1O3之一种或两种以上，薄膜的厚度为约1～3微米。
本实施例中，在等离子刻蚀腔体涂层表面形成Y3A15O12薄膜，薄膜的厚度为约2微米。它的高温和化学稳定性类似于α-A12O3，但其抗蠕变能力要大大优于α-A12O3，是耐等离子刻蚀优异的材料。
实施例2
与实施例1不同之处在于，
采用纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，利用高速气流将Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数：喷射距离5mm、气体压强1.0MPa、气体温度为300℃、气流流量为10g/s、粉末平均粒度为5μm，使混合粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面上，形成均匀分布的防护涂层；其中，纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的重量比例为0.6：1；Y2O3-A12O3粉末中，Y2O3与A12O3的重量比为2.2：1。
本实施例中，在等离子刻蚀腔体涂层表面形成掺杂的Y3A15O12薄膜，掺杂的Y3A15O12薄膜中，Y3A15O12占95wt%，其余为Y4A12O9和YA1O3，薄膜的厚度为约3微米。它的高温和化学稳定性类似于α-A12O3，但其抗蠕变能力要大大优于α-A12O3，是耐等离子刻蚀优异的材料。
实施例3
与实施例1不同之处在于，
采用纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，利用高速气流将Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数：喷射距离30mm、气体压强3.0MPa、气体温度为500℃、气流流量为30g/s、粉末粒度为30μm，使混合粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面上，形成均匀分布的防护涂层；其中，纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的重量比例为1：1；Y2O3-A12O3粉末中，Y2O3与A12O3的重量比为2.3：1。
本实施例中，在等离子刻蚀腔体涂层表面形成掺杂的Y3A15O12薄膜，掺杂的Y3A15O12薄膜中，Y3A15O12占98wt%，其余为Y4A12O9和YA1O3，薄膜的厚度为约1微米。它的高温和化学稳定性类似于α-A12O3，但其抗蠕变能力要大大优于α-A12O3，是耐等离子刻蚀优异的材料。
实施例结果表明，该方法可以制备不同组分比例的等离子刻蚀腔体表面防护涂层，并且可以在多种材质基材上制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，且厚度不受限制。该装置结构简单、操作方便。

Claims (10)

1.一种等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，采用纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层，利用高速气流将Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的混合粉末直接喷涂于离子刻蚀腔体表面，通过控制喷涂参数：喷射距离5～50mm、气体压强0.5～5.0MPa、气体温度为260～520℃、气流流量为10～30g/s、粉末粒度为1～50μm，使混合粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面上，形成均匀分布的防护涂层；其中，纯Al粉末和Y2O3-A12O3粉末的重量比例为（0.1～1）：1；Y2O3-A12O3粉末中，Y2O3与A12O3的重量比为（2.0～2.3）：1。
2.按照权利要求1所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行表面抛光、钝化。
3.按照权利要求2所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，抛光采用机械抛光方法，要求粗糙度Ra：0.3-1.6。
4.按照权利要求2所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，钝化为在等离子刻蚀装置中进行毒化处理，对等离子刻蚀腔体表面防护涂层进行等离子钝化时，氧等离子体中的O+和O-离子对腔体钝化处理起主要作用，腔体壁经钝化处理后涂层中的氧和金属以Y-O或Al-O的形态大量增加，随等离子钝化处理的时间的增加，产生大量的Y-O-、Al-O-、Y+、Al+游离基等离子体，这些离子以较高的动能在表面迁移、移动并进入涂层内与Al、Y2O3和A12O3进行键合，等离子体通过提供足够的动能使表面生成大量的Y3A15O12钇铝石榴石结构，有效改善涂层的微结构；腔体在真空条件和氧分压下，通过辉光放电即能产生所需数量的等离子基元对腔体表面予以钝化；钝化反应式：
5.按照权利要求4所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，等离子刻蚀腔体钝化采用的装置包括：进气管Ⅰ、压力表、等离子体、出气管、电极、射频电源，等离子刻蚀腔体的一端连有进气管Ⅰ，进气管Ⅰ接气体系统，进气管Ⅰ上设有压力表；等离子刻蚀腔体的另一端连有出气管，出气管接真空系统；等离子刻蚀腔体中设置等离子体、电极，电极通过导线，经匹配电路连至射频电源。
6.按照权利要求4所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，钝化工艺条件如下，
（1）时间参数：
按先后顺序为：充气→清洗→预抽→主抽→送气→辉光放电，具体如下，充气20～40秒，清洗50～70秒，预抽110～130秒，主抽170～190秒，送气140～160秒，辉光放电530～550秒；
（2）工艺参数：
工艺压力10～20Pa，辉光功率500～700W，氧气流量200～400SCCM，压力偏差10～20Pa；
钝化后，在等离子刻蚀腔体涂层表面形成Y3A15O12或掺杂的Y3A15O12薄膜，掺杂的Y3A15O12薄膜中，Y3A15O12占90wt%以上，其余为A12O3、Y2O3、Y4A12O9和YA1O3之一种或两种以上，薄膜的厚度为1～3微米。
7.按照权利要求6所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，充气是指：向等离子刻蚀腔体中充入等离子轰击清洗所用的气体He、Ar或N2；
清洗是指：在等离子体钝化前进行常规的表面等离子体轰击清洗；
预抽是指：通过真空系统对等离子刻蚀腔体预抽真空，至等离子刻蚀腔体内的真空度为小于500Pa时，开启主抽；
主抽是指：通过真空系统对等离子刻蚀腔体抽到所需要的真空度（5～7）×10-1Pa；
送气是指：送入等离子体钝化所需要的气体O2；
辉光放电是指：采用气体激发低气压放电过程，在容器内放置两块电极板利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态降回至基态时会以光的形式释放出能量。
8.按照权利要求1所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，等离子刻蚀腔体表面防护涂层制备方法采用的装置，具有进气管Ⅱ、加热器、送粉器、超音速喷嘴，进气管Ⅱ的一端与高压气源连接，进气管Ⅱ的另一端分别经送粉器和加热器与超音速喷嘴相连接，进气管Ⅱ置于加热器中的部分为螺旋形结构，等离子刻蚀腔体内表面与超音速喷嘴出口相对。
9.按照权利要求8所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，制备等离子刻蚀腔体表面防护涂层过程中，高压气源的压缩气体分两路，一路进入送粉器，作为载体将粉末引入超音速喷嘴；另一路进入加热器，气体经过预热后进入超音速喷嘴，在超音速喷嘴的进气口，两路气体在进气口混合形成气-固双相流；气-固双相流在超音速喷嘴的收缩段加速至音速，而后通过喉部在超音速喷嘴的扩张段继续膨胀加速，气-固双相流在超音速喷嘴的出口处达到超音速，气-固双相流喷射到等离子刻蚀腔体的内表面，利用高速气流将粉末沉积在等离子刻蚀腔体的内表面，其中的金属颗粒与等离子刻蚀腔体的内表面碰撞发生严重的塑性变形粘接于等离子刻蚀腔体的内表面，后继的高动能颗粒重复这一过程而形成复合涂层。
10.按照权利要求8或9所述的等离子刻蚀腔体表面防护涂层的制备方法，其特征在于，高压气源的压缩气体为空气、氮气或者氦气。
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