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：提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有介质层；在所述介质层内形成沟槽，所述沟槽的开口位于所述介质层表面；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述介质层并封口所述沟槽的开口，以形成气隙；去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分，以形成滤镜凹槽；在所述滤镜凹槽内形成滤镜。可选的，所述图像传感器的形成方法还包括：在所述滤镜的表面形成透镜结构。可选的，所述介质层的材料选自：氧化硅以及氮化硅。可选的，所述介质薄膜的材料选自：氧化硅以及氮化硅。可选的，所述介质薄膜为氧化硅，所述形成介质薄膜包括：采用sih4形成所述介质薄膜。可选的，所述介质层与所述介质薄膜的材料相同，所述去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分包括：采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙之间的所述介质薄膜和相邻气隙之间的所述介质层的至少一部分。可选的，所述介质层与所述介质薄膜的材料不同，去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分包括：采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙之间的介质薄膜；采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙之间的介质层的至少一部分。可选的，去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分包括：平坦化所述介质薄膜，以暴露出所述介质层的表面，且保留所述气隙顶部的介质薄膜；采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙之间的介质层的至少一部分。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，所述半导体衬底的表面形成有介质层；沟槽，位于所述介质层内；介质薄膜，封口所述沟槽的开口以形成气隙，相邻气隙之间的介质层内具有滤镜凹槽；滤镜，位于所述滤镜凹槽内。可选的，所述滤镜覆盖所述气隙顶部的介质薄膜。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介质层；在所述介质层内形成沟槽，所述沟槽的开口位于所述介质层表面；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述介质层并封口所述沟槽的开口，以形成气隙；去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分，以形成滤镜凹槽；在所述滤镜凹槽内形成滤镜。采用上述方案，通过形成沟槽，并通过形成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，在所述介质层与所述介质薄膜的材料相同时，可以采用干法刻蚀工艺，一次性去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分，以形成滤镜凹槽。采用本发明实施例，有助于降低成本和减少工艺复杂度。进一步，在所述介质层与所述介质薄膜的材料不同时，可以采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙之间的介质薄膜，进而采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙之间的介质层的至少一部分，以形成滤镜凹槽。采用本发明实施例，有助于采用不同的介质材料，提高对气隙的保护力度，并且由于介质层与所述介质薄膜的材料不同，去除介质层时可以采用湿法刻蚀工艺，相比于干法工艺刻蚀需要额外配置掩膜层并采用光刻工艺，可以有效地降低生产成本。进一步，可以平坦化所述介质薄膜，以暴露出所述介质层的表面，且保留所述气隙的顶部表面的介质薄膜，进而采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙之间的介质层的至少一部分。相比于干法工艺刻蚀需要额外配置掩膜层并采用光刻工艺，采用本发明实施例，通过平坦化工艺和湿法刻蚀工艺形成气隙网格，可以减少两道掩膜层工艺，更加有效地降低生产成本。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8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；图9至图11是本发明实施例中另一种图像传感器的形成方法中部分步骤对应的器件剖面结构示意图；图12至图14是本发明实施例中又一种图像传感器的形成方法中部分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介质层；在所述介质层内形成沟槽，所述沟槽的开口位于所述介质层表面；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述介质层并封口所述沟槽的开口，以形成气隙；去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分，以形成滤镜凹槽；在所述滤镜凹槽内形成滤镜。采用上述方案，通过形成沟槽，并通过形成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的表面形成介质层101，在所述介质层101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。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。可以理解的是，设置滤镜106覆盖所述金属格栅104的顶部，有助于在形成透镜结构108之前提供较为平整的表面基础，提高透镜结构108的品质。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s25：步骤s21：提供半导体衬底，所述半导体衬底的表面形成有介质层；步骤s22：在所述介质层内形成沟槽，所述沟槽的开口位于所述介质层表面；步骤s23：形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述介质层并封口所述沟槽的开口，以形成气隙；步骤s24：去除相邻气隙之间的介质薄膜以及相邻气隙之间的介质层的至少一部分，以形成滤镜凹槽；步骤s25：在所述滤镜凹槽内形成滤镜。下面结合图3至图8对上述各个步骤进行说明。图3至图8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的表面形成有介质层201。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内形成有逻辑器件、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。其中，所述介质层201可以用于保护半导体衬底200，避免在后续工艺中形成沟槽202时对半导体衬底200产生伤害，还可以用于环绕后续工艺中形成的气隙。所述介质层201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。参照图4，在所述介质层201内形成沟槽202，所述沟槽202的开口位于所述介质层201表面。具体地，在所述介质层201内形成沟槽202的工艺可以是以图案化的掩膜层为掩膜，对所述介质层201和所述半导体衬底200进行刻蚀形成的。进一步地，对所述介质层201和所述半导体衬底200进行刻蚀的工艺可以为干法刻蚀(dryetch)。可以理解的是，所述沟槽202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202的深度不应当过浅，否则难以实现防止光学串扰的效果；所述沟槽202的深度不应当过深，否则容易对半导体衬底造成损伤，并且如果介质层201的厚度过厚且沟槽202的深度过深，还会提高工艺复杂度，增加成本。在具体实施中，可以根据相同或相似工艺中金属格栅的深度，设置所述沟槽202的深度，以使后续工艺中形成的气隙的在垂直于半导体衬底200的表面的方向上的延伸长度接近于金属格栅的深度。可以理解的是，所述沟槽202的内径不应当过大，否则占用过多的空间，会减小后续形成的滤镜的尺寸，进而降低输出图像的品质；所述沟槽202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202的内径可以小于0.2μm且大于5nm，例如为50nm。参照图5，形成介质薄膜203，所述介质薄膜203覆盖所述介质层201并封口所述沟槽202的开口，以形成气隙204。具体地，所述介质薄膜203封口所述沟槽202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204。可以理解的是，还将在所述沟槽202的侧壁和底面形成介质薄膜203。进一步地，所述介质薄膜203用于环绕气隙204，以封存住气隙204中的气体，从而对入射光进行反射。所述介质薄膜203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，当所述介质薄膜203为氧化硅时，可以采用硅源气体sih4形成所述介质薄膜203。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，因此形成的气隙204深度较深，有助于更好地防止光学串扰。更进一步地，当所述介质薄膜203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)形成所述介质薄膜203，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204内封入的气体类型由形成介质薄膜203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，当形成的介质薄膜203为氧化硅时，所述气隙204内封入的气体类型可以为氧气；当形成的介质薄膜203为氮化硅时，所述气隙204内封入的气体类型可以为氮气。参照图6，去除相邻气隙204之间的介质薄膜203以及相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分，以形成滤镜凹槽205。具体地，可以采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的所述介质薄膜203和相邻气隙204之间的所述介质层201的至少一部分。需要指出的是，上述工艺适用于介质薄膜203以及介质层201可以采用相同的干法刻蚀工艺在一道工艺中去除的情况，例如所述介质层201与所述介质薄膜203的材料相同，均为氧化硅或者均为氮化硅的情况。在本发明实施例中，当所述介质层201与所述介质薄膜203的材料相同时，可以采用干法刻蚀工艺，一次性去除相邻气隙204之间的介质薄膜203以及相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分，以形成滤镜凹槽205。采用本发明实施例，有助于降低成本和减少工艺复杂度。参照图7，在所述滤镜凹槽205内形成滤镜206。具体地，所述滤镜206可以覆盖所述气隙204顶部的介质薄膜203，所述滤镜206的顶部表面还可以与所述介质薄膜203的顶部齐平或者低于介质薄膜203的顶部。可以理解的是，设置滤镜206覆盖所述气隙204顶部的介质薄膜203，有助于在形成透镜结构之前提供较为平整的表面基础，提高透镜结构的品质。图7示出的是滤镜206的顶部表面高于所述介质薄膜203，也即滤镜206覆盖所述介质薄膜203的情况。参照图8，在所述滤镜206的表面形成透镜结构208。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、滤镜206以及介质薄膜203射入气隙204，还可以透过透镜结构208、滤镜206、介质层201以及介质薄膜203射入气隙204。入射角α、折射角与反射能量的对应关系如表1所示。当入射光透过透镜结构208、滤镜206以及介质薄膜203射入气隙204时，随着入射角α的增大，折射角也相应增大，反射能量也对应增加直至100％。由表1可知，当入射角α大于40度时，会发生全反射，可以有效地防止光学串扰。表1入射角0°30°39°39.3°40°50°60°折射角0°51°79°82°90°反射能量4.70％6.80％36％47％100％100％100％在本发明实施例中，通过形成沟槽202，并通过形成介质薄膜203在沟槽202内形成气隙204，可以采用气隙204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。在具体实施中，所述介质层201与所述介质薄膜203的材料还可以不同。在图5示出的图像传感器中，在形成介质薄膜203，所述介质薄膜203覆盖所述介质层201并封口所述沟槽202的开口，以形成气隙204之后，还可以采用其他方法去除相邻气隙204之间的介质薄膜203以及相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分。图9至图11是本发明实施例中另一种图像传感器的形成方法中部分步骤对应的器件剖面结构示意图。参照图9，在图5示出的图像传感器的基础上，采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质薄膜203。需要指出的是，在具体实施中，在所述沟槽202的侧壁和底面形成介质薄膜203也会被保留。其中，所述介质层201与所述介质薄膜203的材料可以不同。例如所述介质层201的材料可以为氧化硅，所述介质薄膜203的材料可以为氮化硅。当光线由氮化硅材料射入气体且入射角大于28.4度时，会发生全反射，可以防止光学串扰。相比于氧化硅材料，所述介质薄膜203采用氮化硅，可以在更大角度范围内防止光学串扰，并且关键尺寸可以做的更小，有助于减小单个像素的面积，增大半导体衬底200的利用率。参照图10，采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质层203的至少一部分，以形成滤镜凹槽305。在具体实施中，还可以采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分，以形成滤镜凹槽305，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，采用湿法刻蚀工艺可以减少一道掩膜层工艺。参照图11，在所述滤镜凹槽305内形成滤镜306。具体地，所述滤镜306可以覆盖所述气隙204顶部的介质薄膜203，所述滤镜306的顶部表面还可以与所述介质薄膜203的顶部齐平或者低于介质薄膜203的顶部。可以理解的是，设置滤镜306覆盖所述气隙204顶部的介质薄膜203，有助于在形成透镜结构之前提供较为平整的表面基础，提高透镜结构的品质。图11示出的是滤镜306的顶部表面高于所述介质薄膜203，也即滤镜306覆盖所述介质薄膜203的情况。在本发明实施例中，当所述介质层201与所述介质薄膜203的材料不同时，可以采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质薄膜203，进而采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分，以形成滤镜凹槽305。采用本发明实施例，有助于采用不同的介质材料，提高对气隙的保护力度。并且由于介质层201与所述介质薄膜203的材料不同，去除介质层201时可以采用湿法刻蚀工艺，相比于干法工艺刻蚀需要额外配置掩膜层(mask)并采用光刻工艺，可以减少一道掩膜层工艺，从而有效地降低生产成本。图12至图14是本发明实施例中又一种图像传感器的形成方法中部分步骤对应的器件剖面结构示意图。参照图12，在图5示出的图像传感器的基础上，平坦化所述介质薄膜203(参照图5)，以暴露出所述介质层201的表面，且保留所述气隙204顶部的介质薄膜403。需要指出的是，在具体实施中，在所述沟槽202的侧壁和底面形成介质薄膜203也会被保留。其中，所述介质层201与所述介质薄膜203的材料可以不同，因此所述介质层201的顶部表面可以作为平坦化工艺的停止层(stop-layer)。例如所述介质层201的材料可以为氧化硅，所述介质薄膜203的材料可以为氮化硅。在具体实施中，还可以采用干法刻蚀工艺刻蚀所述介质薄膜203，以暴露出所述介质层201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。参照图13，采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分，以形成滤镜凹槽405。在具体实施中，还可以采用干法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分，以形成滤镜凹槽305，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，采用湿法刻蚀工艺可以减少一道掩膜层工艺。参照图14，在所述滤镜凹槽405内形成滤镜406。具体地，所述滤镜406可以覆盖所述气隙204顶部的介质薄膜403，所述滤镜406的顶部表面还可以与所述气隙204顶部的介质薄膜403的顶部齐平或者低于介质薄膜403的顶部。可以理解的是，设置滤镜406覆盖所述气隙204顶部的介质薄膜403，有助于在形成透镜结构之前提供较为平整的表面基础，提高透镜结构的品质。图14示出的是滤镜406的顶部表面高于所述介质薄膜403，也即滤镜406覆盖所述介质薄膜403的情况。在本发明实施例中，可以平坦化所述介质薄膜203(参照图5)，以暴露出所述介质层201的表面，且保留所述气隙204的顶部表面的介质薄膜403，进而采用湿法刻蚀工艺，去除相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分。相比于干法工艺刻蚀需要额外配置掩膜层并采用光刻工艺，采用本发明实施例，通过平坦化工艺和湿法刻蚀工艺形成气隙网格，可以减少两道掩膜层工艺，更加有效地降低生产成本。在本发明实施例中，还提供一种图像传感器，参照图8，所述图像传感器可以包括：半导体衬底200，所述半导体衬底200的表面形成有介质层201；沟槽202，位于所述介质层201内；介质薄膜203，封口所述沟槽202的开口以形成气隙204，相邻气隙204之间的介质层201内具有滤镜凹槽205；滤镜206，位于所述滤镜凹槽205内。需要指出的是，所述相邻气隙204之间还可以具有位于沟槽202的侧壁上的介质薄膜203，也即滤镜凹槽205可以位于相邻气隙204之间的介质薄膜203之间。具体而言，如果在去除相邻气隙204之间的介质薄膜203以及相邻气隙204之间的介质层201的至少一部分的过程中，去除了全部介质层201或者去除了介质层201的上半部分，则气隙204与滤镜206之间以介质薄膜203隔离。进一步地，所述滤镜206可以覆盖所述气隙204顶部的介质薄膜203。更进一步地，所述介质层201的材料可以选自：氧化硅以及氮化硅。更进一步地，所述介质薄膜203的材料可以选自：氧化硅以及氮化硅。所述介质薄膜203与所述介质层201的材料可以相同，还可以不同。更进一步地，所述沟槽202的内径可以小于0.2μm。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14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。当前第1页12