Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1645-1652 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:0198800230100164500

Soft X-ray reflectometry applied to the evaluation of surface roughness variation during the deposition of thin films

J.P. Chauvineau

Institut d'Optique, Centre Universitaire d'Orsay, B.P. 43, 91406 Orsay Cedex, France

Abstract
Thin films of boron, silicon and tungsten-rhenium materials were prepared by vapor deposition in a high vacuum system. During the deposition, the reflectivity was measured using the carbon Ka line (A = 4.47 nm). The surface roughness evolution was calculated as a function of thickness from the soft X-ray reflectance of the films. It was found that the mean square deviation of the surface height is proportional to the average thickness. A statistical model is proposed to explain this behaviour ; it rests on the random condensation process of evaporated particules and takes into account the role of incident kinetic energy of adatoms in disordered thin film growth.

Résumé
Des couches minces de bore, silicium et tungstène-rhénium ont été fabriquées par évaporation sous vide. Pendant le dépôt, on a mesuré leur réflectivité en utilisant la raie Kα du carbone (λ = 4,47 nm). L'évolution de la rugosité de surface a été déterminée à partir de la courbe donnant la réflectivité en fonction de l'épaisseur. On constate que l'écart quadratique moyen de la hauteur des rugosités est proportionnel à l'épaisseur des couches. Pour interpréter ces résultats, on propose un modèle statistique qui repose sur la condensation aléatoire des atomes et prend en considération le rôle de l'excès d'énergie cinétique des particules incidentes dans la croissance des couches très désordonnées.

PACS
0785 - X ray, gamma ray instruments and techniques.
0760H - Optical refractometry and reflectometry.
0630C - Spatial variables measurement.
8115G - Vacuum deposition.

Key words
boron -- reflectometry -- rhenium alloys -- silicon -- surface topography measurement -- tungsten alloys -- vacuum deposited coatings -- X ray apparatus -- soft X ray reflectometry -- semiconductor -- thin film deposition -- surface roughness -- vapour deposition -- reflectivity -- mean square deviation -- kinetic energy -- adatoms -- disordered thin film growth -- 4.47 nm -- B -- W Re -- Si