本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。
背景技术：
图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以cmos图像传感器(cmosimagesensors，cis)器件为例，由于其具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。
以后照式(back-sideillumination，bsi)cis为例，在现有的制造工艺中，先在半导体衬底内形成逻辑器件、像素器件以及金属互连结构，所述像素器件包含有光电二极管，然后采用承载晶圆与所述半导体衬底的正面键合，进而对半导体衬底的背部进行减薄，进而在半导体衬底的背面形成cis的后续工艺，例如在所述像素器件的半导体衬底背面形成滤镜(colorfilter)矩阵、透镜(microlens)结构等。可以理解的是，在前照式(front-sideillumination，fsi)cis中，滤镜、透镜结构均位于半导体衬底的正面。
在图像传感器中，透镜结构捕捉到入射光之后，经过滤镜矩阵过滤，除去非相关光，形成单色光，入射光子到达半导体衬底被像素器件吸收，产生光生载流子。
由于在光到达硅衬底之前，容易发生光学串扰导致影响成像效果，因此需要在半导体衬底的表面形成金属格栅(metalgrid)以隔离入射光。然而在现有技术中，形成金属格栅的工艺较为复杂，导致生产成本较高，且容易形成金属污染，金属格栅还会导致入射光的损耗，降低图像传感器的光敏感性。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，可以在防止光学串扰的同时，降低生产成本，避免形成金属污染，减少入射光的损耗，提高图像传感器的光敏感性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器的形成方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有第一介质层；对所述第一介质层进行刻蚀，以形成滤镜凹槽，各个滤镜凹槽之间残留的第一介质层呈网格状排列；形成第一介质薄膜，所述第一介质薄膜覆盖所述残留的第一介质层，所述第一介质薄膜的材料不同于所述第一介质层；在所述滤镜凹槽内形成滤镜；去除所述残留的第一介质层的顶部表面的第一介质薄膜以及所述残留的第一介质层，以形成网格状排列的沟槽；形成第二介质薄膜，所述第二介质薄膜封口所述沟槽的开口，以形成气隙。
可选的，所述滤镜的顶部表面低于所述残留的第一介质层的顶部表面，所述去除所述残留的第一介质层的顶部表面的第一介质薄膜包括：形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述滤镜；平坦化所述第二介质层，以去除所述残留的第一介质层顶部表面的第一介质薄膜。
可选的，所述图像传感器的形成方法还包括：在所述第二介质薄膜的表面形成透镜结构，所述透镜结构的位置对应于所述滤镜的位置。
可选的，所述第一介质层的材料为无定形碳。
可选的，所述第一介质薄膜的材料选自：氧化硅以及氮化硅。
可选的，所述第二介质薄膜的材料为氧化硅，所述形成第二介质薄膜包括：采用sih4形成所述第二介质薄膜。
可选的，采用化学气相沉积工艺形成所述第二介质薄膜，沉积温度为150℃至250℃。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；滤镜，设置于所述半导体衬底表面，相邻滤镜之间具有沟槽，多个沟槽呈网格状排列；第一介质薄膜，位于所述沟槽的侧壁；第二介质薄膜，封口所述沟槽的开口，以形成气隙。
可选的，所述滤镜的顶部表面低于所述沟槽的开口，所述图像传感器还包括：第二介质层，所述第二介质层覆盖所述滤镜，且所述第二介质层的表面与所述沟槽的开口齐平。
可选的，所述图像传感器还包括：透镜结构，位于所述第二介质薄膜的表面，所述透镜结构的位置对应于所述滤镜的位置。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有第一介质层；对所述第一介质层进行刻蚀，以形成滤镜凹槽，各个滤镜凹槽之间残留的第一介质层呈网格状排列；形成第一介质薄膜，所述第一介质薄膜覆盖所述残留的第一介质层，所述第一介质薄膜的材料不同于所述第一介质层；在所述滤镜凹槽内形成滤镜；去除所述残留的第一介质层的顶部表面的第一介质薄膜以及所述残留的第一介质层，以形成网格状排列的沟槽；形成第二介质薄膜，所述第二介质薄膜封口所述沟槽的开口，以形成气隙。采用上述方案，通过形成沟槽，并通过形成第二介质薄膜在沟槽内形成气隙，可以采用气隙对入射光进行隔离，相比于现有技术中采用金属格栅，可以在防止光学串扰的同时，降低生产成本，避免形成金属污染，减少入射光的损耗，提高图像传感器的光敏感性。
进一步，在本发明实施例中，通过形成覆盖滤镜的第二介质层，可以对滤镜进行有效的保护，避免在后续形成网格状排列的沟槽的过程中，对滤镜产生影响，有助于提高图像传感器的器件品质。
进一步，在本发明实施例中，所述第一介质层的材料为无定形碳，在不影响第一介质薄膜的情况下容易被刻蚀去除，有助于降低工艺复杂度，并且刻蚀后的形貌较好，避免对第一介质薄膜产生影响。
进一步，采用sih4形成所述第二介质薄膜，由于采用sih4形成的sio2的台阶覆盖性较差，悬伸性能较好，因此可以很快对沟槽进行封口，使形成的气隙的深度较深，有助于更好地对入射光进行隔离，有效地防止光学串扰。
附图说明
图1是现有技术中一种图像传感器的器件剖面结构示意图；
图2是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图；
图3至图11是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图。
具体实施方式
在图像传感器中，透镜结构捕捉到入射光之后，经过滤镜矩阵过滤，除去非相关光，形成单色光，入射光子到达半导体衬底被像素器件吸收，产生光生载流子。由于在光到达硅衬底之前，容易发生光学串扰导致影响成像效果，因此需要在半导体衬底的表面形成金属格栅以隔离入射光。然而在现有技术中，形成金属格栅的工艺较为复杂，导致生产成本较高，且容易形成金属污染，金属格栅还会导致入射光的损耗，降低图像传感器的光敏感性。
本发明的发明人经过研究发现，当光线由介质材料(例如氧化硅)射入气体，且入射角大于预设角度时，会发生全反射，经进一步研究发现，如果采用气隙代替金属格栅，则入射光的能量损耗非常低，甚至在全反射时几乎不产生损耗，并且还可以避免形成金属污染。
在本发明实施例中，提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有第一介质层；对所述第一介质层进行刻蚀，以形成滤镜凹槽，各个滤镜凹槽之间残留的第一介质层呈网格状排列；形成第一介质薄膜，所述第一介质薄膜覆盖所述残留的第一介质层，所述第一介质薄膜的材料不同于所述第一介质层；在所述滤镜凹槽内形成滤镜；去除所述残留的第一介质层的顶部表面的第一介质薄膜以及所述残留的第一介质层，以形成网格状排列的沟槽；形成第二介质薄膜，所述第二介质薄膜封口所述沟槽的开口，以形成气隙。采用上述方案，通过形成沟槽，并通过形成第二介质薄膜在沟槽内形成气隙，可以采用气隙对入射光进行隔离，相比于现有技术中采用金属格栅，可以在防止光学串扰的同时，降低生产成本，避免形成金属污染，减少入射光的损耗，提高图像传感器的光敏感性。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，图1是现有技术中一种图像传感器的器件剖面结构示意图。
在现有的图像传感器中，可以提供半导体衬底100，在半导体衬底100的表面形成金属格栅104，进而在金属格栅104之间的开口内形成滤镜106，进而在所述滤镜106的表面形成透镜结构108。
其中，在所述半导体衬底100内形成有逻辑器件、像素器件以及金属互连结构110，所述像素器件包含有光电二极管。需要指出的是，为了避免在形成金属格栅104和滤镜106时对半导体衬底100产生损伤，还可以在半导体衬底100的表面先形成介质层，然后在介质层的表面形成金属格栅104和滤镜106。
具体地，所述金属格栅104用于阻挡入射光，避免发生光学串扰导致影响成像效果，所述滤镜106可以覆盖所述金属格栅104的顶部，所述滤镜106的顶部表面还可以与所述金属格栅104的顶部齐平或者低于金属格栅104的顶部。
然而在现有技术中，形成金属格栅104的工艺较为复杂，例如需要在半导体衬底100的表面依次形成衬底保护层、阻挡层、金属层等，图案化并刻蚀所述衬底保护层、阻挡层、金属层以形成所述金属格栅104，导致生产成本较高，且容易形成金属污染，金属格栅104还会导致入射光的损耗，降低图像传感器的光敏感性。
参照图2，图2是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图。所述图像传感器的形成方法可以包括步骤s21至步骤s26：
步骤s21：提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有第一介质层；
步骤s22：对所述第一介质层进行刻蚀，以形成滤镜凹槽，各个滤镜凹槽之间残留的第一介质层呈网格状排列；
步骤s23：形成第一介质薄膜，所述第一介质薄膜覆盖所述残留的第一介质层，所述第一介质薄膜的材料不同于所述第一介质层；
步骤s24：在所述滤镜凹槽内形成滤镜；
步骤s25：去除所述残留的第一介质层的顶部表面的第一介质薄膜以及所述残留的第一介质层，以形成网格状排列的沟槽；
步骤s26：形成第二介质薄膜，所述第二介质薄膜封口所述沟槽的开口，以形成气隙。
下面结合图3至图11对上述各个步骤进行说明。
图3至图11是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图。
参照图3，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200的表面形成有第一介质层221。其中，所述半导体衬底200内可以形成有金属互连结构210。
在具体实施中，所述半导体衬底200可以为硅衬底，或者所述半导体衬底200的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等适当的应用于图像传感器的材料，所述半导体衬底200还可以为绝缘体表面的硅衬底或者绝缘体表面的锗衬底，或者是生长有外延层(epitaxylayer，epilayer)的衬底。优选地，所述半导体衬底200可以为轻掺杂的半导体衬底，且掺杂类型与漏区相反。具体地，可以通过向所述半导体衬底200进行离子注入，实现深阱掺杂(deepwellimplant)。
需要指出的是，所述半导体衬底200内可以形成有逻辑器件、像素器件以及金属互连结构210，所述像素器件包含有光电二极管。
其中，所述第一介质层221可以用于保护半导体衬底200，避免在后续工艺中形成沟槽时对半导体衬底200产生伤害，还可以作为牺牲层占据滤镜之间的位置，在后续工艺中可以去除残留的第一介质层221并在同一位置形成气隙。
所述第一介质层221的材料可以选自：氧化硅、氮化硅、无定形碳(amorphouscarbon)、无定形硅(amorphoussilicon)或者其他适当的材料。其中，所述氧化硅例如可以为sio2，所述氮化硅例如可以为si3n4。
优选地，所述第一介质层221的材料为无定形碳。在本发明实施例中，所述第一介质层221的材料为无定形碳，在不影响第一介质薄膜的情况下容易被刻蚀去除，有助于降低工艺复杂度，并且刻蚀后的形貌较好，避免对第一介质薄膜产生影响。
参照图4，对所述第一介质层221进行刻蚀，以形成滤镜凹槽202，各个滤镜凹槽202之间残留的第一介质层221呈网格状排列。
具体地，在所述第一介质层221内形成滤镜凹槽202的工艺可以是以图案化的掩膜层为掩膜，对所述第一介质层221和所述半导体衬底200进行刻蚀形成的。
进一步地，对所述第一介质层221和所述半导体衬底200进行刻蚀的工艺可以为干法刻蚀(dryetch)。
参照图5，形成第一介质薄膜231，所述第一介质薄膜231覆盖所述残留的第一介质层221，所述第一介质薄膜231的材料不同于所述第一介质层221。
具体地，所述第一介质薄膜231的材料可以选自：氧化硅以及氮化硅或者其他适当的材料。其中，所述氧化硅例如可以为sio2，所述氮化硅例如可以为si3n4。
进一步地，可以采用化学气相沉积(chemicalvapourdeposition，cvd)工艺形成所述第一介质薄膜231，具有成膜质量好，台阶覆盖性好等优点。例如可以采用原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)工艺或者等离子体增强化学的气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)工艺。
参照图6，在所述滤镜凹槽202(参照图5)内形成滤镜206。
在具体实施中，各个滤镜凹槽202之间残留的第一介质层221的宽度与第一介质薄膜231的厚度之和可以与现有技术中的金属格栅的宽度相同或相似。具体而言，可以使形成的滤镜206的尺寸与现有技术中的滤镜尺寸相近或相同，以避免对成像质量产生影响。其中，所述残留的第一介质层221的宽度与第一介质薄膜231的厚度的方向平行于器件的载流子的流动方向。
进一步地，可以通过去除所述残留的第一介质层221的顶部表面的第一介质薄膜231，暴露出残留的第一介质层221，进而在后续工艺中形成气隙。然而，为了避免后续工艺对滤镜206产生损伤，可以形成第二介质层对滤镜206进行保护。
参照图7，形成第二介质层222，所述第二介质层222覆盖所述滤镜206。
所述第二介质层222的材料可以选自：氧化硅、氮化硅或者其他适当的材料。其中，所述氧化硅例如可以为sio2，所述氮化硅例如可以为si3n4。
在本发明实施例中，通过形成覆盖滤镜206的第二介质层222，可以对滤镜206进行有效的保护，避免在后续形成网格状排列的沟槽的过程中，对滤镜206产生影响，有助于提高图像传感器的器件品质。
参照图8，平坦化所述第二介质层222，以去除所述残留的第一介质层221顶部表面的第一介质薄膜231。
在具体实施中，由于所述第一介质薄膜231的材料不同于所述第一介质层221，因此残留的第一介质层221的顶部表面可以作为平坦化工艺的停止层(stop-layer)。
在具体实施中，还可以采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一介质薄膜231，以暴露出残留的第一介质层221的表面，然而采用干法工艺刻蚀需要额外配置掩膜层并采用光刻工艺，采用平坦化可以减少一道掩膜层工艺，从而降低成本。
参照图9，去除所述残留的第一介质层221，以形成网格状排列的沟槽241。
具体地，所述第一介质薄膜231的材料不同于所述第一介质层221，有助于在去除所述残留的第一介质层221时，对第一介质薄膜231不产生损伤，从而保护滤镜206的侧壁。
在本发明实施例中，所述第一介质层221的材料优选为无定形碳，在不影响第一介质薄膜的情况下容易被刻蚀去除，有助于降低工艺复杂度，并且刻蚀后的形貌较好，避免对第一介质薄膜231产生影响。
所述沟槽241用于在后续工艺中形成气隙，以防止光学串扰，因此所述沟槽241的深度不应当过浅，否则难以实现防止光学串扰的效果。具体地，可以去除残留的第一介质层221的一部分，还可以去除全部的残留的第一介质层221。
可以理解的是，受到已形成的滤镜206的宽度限制，所述沟槽241的内径不应当过大，否则占用过多的空间，进而降低输出图像的品质；所述沟槽241的内径不应当过小，否则形成的气隙过少，不足以对入射光进行反射。作为一个非限制性的例子，所述沟槽241的内径可以大于5nm，例如为50nm。
需要指出的是，由于滤镜206的表面覆盖有第二介质层222，且在采用平坦化工艺或刻蚀工艺去除残留的第一介质层221的顶部表面的第一介质薄膜231之后，去除所述残留的第一介质层221形成沟槽241，因此所述滤镜206的顶部表面低于所述残留的第一介质层221的顶部表面。
参照图10，形成第二介质薄膜232，所述第二介质薄膜232封口所述沟槽241的开口，以形成气隙242。
具体地，所述第二介质薄膜232封口所述沟槽241的开口，以形成密封或者接近密封的腔室结构，也即所述气隙242。可以理解的是，还将在所述沟槽241的侧壁和底面形成第二介质薄膜232。
进一步地，所述第二介质薄膜232用于环绕气隙242，以封存住气隙242中的气体，从而对入射光进行反射。所述第二介质薄膜232的材料可以选自：氧化硅、氮化硅或者其他适当的材料。其中，所述氧化硅例如可以为sio2，所述氮化硅例如可以为si3n4。
优选地，当所述第二介质薄膜232为氧化硅时，可以采用硅源气体sih4形成所述第二介质薄膜232。具体而言，采用sih4形成氧化硅，台阶覆盖性能较差，悬伸(over-hanging)性能较好，因此可以很快对沟槽241进行封口，使形成的气隙242深度较深，有助于更好地对入射光进行隔离，有效地防止光学串扰。
作为一个非限制性的例子，可以采用化学气相沉积工艺形成所述第二介质薄膜232，且沉积温度为150℃至250℃。具体而言，高温沉积工艺会对滤镜206产生影响，进而影响输出图像的品质，通过采用较低的沉积温度，可以对滤镜206进行保护。优选地，沉积温度可以设置为200℃。
作为另一个非限制性的例子，当所述第二介质薄膜232为氧化硅时，可以采用等离子体增强化学的气相沉积工艺(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)形成所述第二介质薄膜232，具有成膜质量好，针孔较少，不易龟裂等优点。
需要指出的是，所述气隙242内封入的气体类型由形成第二介质薄膜232时的环境气体类型确定，可以为空气、氧气(o2)、氮气(n2)或其他类型的气体。具体而言，当形成的第二介质薄膜232为氧化硅时，所述气隙242内封入的气体类型可以为氧气；当形成的第二介质薄膜232为氮化硅时，所述气隙242内封入的气体类型可以为氮气。
参照图11，在所述第二介质薄膜232的表面形成透镜结构208，所述透镜结构208的位置对应于所述滤镜206的位置。
具体地，透镜结构208捕捉到入射光之后，经过滤镜206过滤，除去非相关光，形成单色光，入射光子到达半导体衬底200被像素器件吸收，产生光生载流子。更具体而言，入射光可以透过透镜结构208、第二介质薄膜232、第二介质层222、滤镜206、第一介质薄膜231射入气隙242。
在具体实施中，气隙242中的气体的折射率越小，入射光在气隙242与滤镜206的界面处发生全反射的临界角越小。以所述气隙242中的气体为空气为例，空气的折射率约等于1，入射光在气隙242与滤镜206的界面处容易发生全反射，有效地防止光学串扰。
在本发明实施例中，通过形成沟槽241，并通过形成第二介质薄膜232在沟槽241内形成气隙242，可以采用气隙242对入射光进行隔离，相比于现有技术中采用金属格栅，可以在防止光学串扰的同时，降低生产成本，避免形成金属污染，减少入射光的损耗，提高图像传感器的光敏感性。
在本发明实施例中，还提供一种图像传感器，参照图11，所述图像传感器可以包括：
半导体衬底200；
滤镜206，设置于所述半导体衬底200表面，相邻滤镜206之间具有沟槽241，多个沟槽241呈网格状排列；
第一介质薄膜231，位于所述沟槽241的侧壁；
第二介质薄膜232，封口所述沟槽241的开口，以形成气隙242。
进一步地，所述滤镜的顶部表面低于所述沟槽的开口，所述图像传感器还可以包括第二介质层222，所述第二介质层222覆盖所述滤镜206，且所述第二介质层222的表面与所述沟槽241的开口齐平。
需要指出的是，由于滤镜206的表面覆盖有第二介质层222，且在采用平坦化工艺或刻蚀工艺去除残留的第一介质层221的顶部表面的第一介质薄膜231之后，去除所述残留的第一介质层221形成沟槽241，因此所述滤镜206的顶部表面低于所述残留的第一介质层221的顶部表面，且当采用平坦化工艺去除残留的第一介质层221的顶部表面的第一介质薄膜231时，所述第二介质层222的表面与所述沟槽241的开口齐平。
进一步地，所述图像传感器还可以包括透镜结构208，位于所述第二介质薄膜232的表面，所述透镜结构208的位置对应于所述滤镜206的位置。
更进一步地，所述第一介质层221的材料可以为无定形碳。
所述第一介质薄膜231的材料可以选自：氧化硅以及氮化硅。
所述第二介质薄膜232的材料可以为氧化硅，可以采用sih4形成所述第二介质薄膜232。
作为一个非限制性的例子，可以采用化学气相沉积工艺形成所述第二介质薄膜232，沉积温度可以为150℃至250℃。优选地，所述沉积温度可以为200℃。
作为一个非限制性的例子，所述沟槽241的内径可以大于5nm。
关于该图像传感器的原理、具体实现和有益效果请参照前文及图2至图11示出的关于图像传感器的形成方法的相关描述，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。