배선 신뢰성: EM·SM·TDDB

배선은 왜 끊어지나: 전자가 원자를 민다

집의 전선은 수십 년을 써도 금속 원자가 움직여 끊어지는 일이 거의 없다. 칩 배선이 다른 점은 단면적이 아주 작다는 것, 그래서 전류 밀도(Current density, j)가 엄청나게 크다는 것이다. 전류 밀도는 단면적 1 cm²를 지나는 전류다. 단면 1 mm²인 전선에 10 A가 흐른다고 하면 j = 10³ A/cm²다(가정한 예로 계산). 그런데 Cu 배선의 EM 시험은 1.4×10⁶ A/cm²나 4×10⁶ A/cm² 같은 조건에서 한다. 보통 MA/cm²(10⁶ A/cm²) 단위로 말한다. 폭 20 nm, 높이 40 nm인 배선(학습용 예)이라면 1 MA/cm²라도 전류는 8 µA에 불과하지만(계산), 그 작은 단면을 지나는 전자의 흐름은 집 전선보다 천 배 진하다.

전류는 전자의 흐름이다. 금속 속을 지나는 전자는 금속 이온과 부딪히며 운동량을 넘겨준다. 그래서 원자 하나에는 두 힘이 작용한다. 전기장이 양이온을 직접 당기는 힘과, 흘러가는 전자가 원자를 밀어붙이는 힘이다. 뒤의 것을 전자 바람(Electron wind)이라 부른다. 금속 배선에서는 전자 바람 쪽이 이기므로, 원자는 전자가 흐르는 방향, 곧 음극에서 양극으로 조금씩 밀려간다. 이렇게 전류가 원자를 실어 나르는 현상이 Electromigration(EM, 전자 이동)이다. 전자가 들어오는 음극 쪽에서는 원자가 빠져나간 빈자리가 모여 Void(빈 구멍)가 되고, 커지면 배선이 끊어진다(Open). 원자가 쌓이는 양극 쪽에서는 금속이 부풀어 Hillock(언덕)이나 Extrusion(삐져나옴)이 생기고, 이웃 배선과 닿으면 단락(Short)이 된다. 전류의 방향은 전자의 방향과 반대라는 점을 늘 헷갈리지 말자. Void는 전자가 들어오는 쪽에 생긴다.

얼마나 세게 미는지는 식 하나로 정리된다.

식이 말해 주는 것은 세 가지다. 첫째, 힘은 \(\rho j\)에 비례한다. \(\rho j\)는 배선 속 전기장이므로 전류 밀도가 클수록 세게 민다. 둘째, 같은 힘을 받아도 원자가 실제로 얼마나 움직이는지는 확산 계수 \(D\)가 정하고, \(D\)는 온도에 지수적으로 커진다. 그래서 EM은 전류 밀도와 온도라는 두 손잡이로 빨라진다. 셋째, \(E_a\)는 원자가 한 자리에서 옆자리로 뛰어넘을 때 넘어야 하는 에너지 언덕이다. 원자가 어느 길로 움직이느냐에 따라 언덕의 높이가 다르다.

원자가 고르게 흐르기만 한다면 들어온 만큼 나가니 아무 일도 없다. 문제는 흐름이 바뀌는 곳이다. Black은 1969년 논문에서 전자 흐름 방향으로 온도, 전류 밀도, 확산 계수가 커지는 곳은 빈자리가 모여 Void가 되는 자리라서 수명을 줄인다고 정리했다. 이렇게 흘러 나가는 원자와 들어오는 원자의 수가 맞지 않는 곳을 Flux divergence(흐름의 발산)라고 한다. Cu 배선에서 가장 확실한 발산 지점은 배선 끝이다. Via 바닥의 Barrier는 Cu 원자가 지나가지 못하는 벽이라, 음극 쪽 끝에서는 원자가 떠나기만 하고 채워지지 않는다. 4절의 Blech 기준도 이렇게 양 끝이 막힌 배선을 전제로 한다. 홈 화면의 첫 실험에서 본 Void와 Hillock이 바로 이 모습이다. 여기서는 한 걸음 더 들어가 원자가 지나가는 길을 나눠 본다.

원자가 지나가는 세 갈래 길

금속 원자가 움직이는 길은 세 가지다. 결정 내부(격자 확산), 결정과 결정 사이의 경계인 결정립계(Grain boundary), 다른 물질과 맞닿은 계면(Interface)이다. 원자가 빽빽하고 반듯하게 놓인 결정 내부보다 배열이 흐트러진 경계와 계면에서 뛰어넘기가 쉽다. IBM의 Luce가 정리한 값을 보면 이 차이가 숫자로 드러난다.

Al 배선에서는 결정립계가 가장 빠른 길이었다. Cu는 Al보다 원자의 확산이 느려(표의 녹는점과 활성화 에너지를 비교해 보자) EM 신뢰성이 적어도 10배 좋다고 평가된다. 그런데 Cu 다마신 배선에서 가장 빠른 길은 결정립계가 아니라 Cu 윗면과 유전체 Cap이 맞닿은 계면이다. Cu에서는 계면 확산의 활성화 에너지가 가장 낮아 EM의 주된 경로가 되고, Void는 이 윗면 계면에서 생겨 결정립계를 따라 자란다. SiN 계열 Cap을 쓴 Cu 배선을 경로별로 나눠 맞춘 결과는 계면 0.95 eV, 결정립계 0.84 eV였다.

결정립계는 활성화 에너지가 더 낮은데 왜 주인공이 아닐까? 배선 폭이 결정립보다 좁으면 결정립계가 배선을 가로질러 대나무 마디처럼 놓이기 때문이다. 이런 Bamboo 구조(대나무형 결정 구조)에서는 결정립계가 전류 방향과 수직이라 원자가 결정립계를 타고 길게 갈 수 없다. 대나무 구조나 그에 가까운 배선은 MTTF가 크게 늘어난다. 반대로 결정립 여러 개가 엉킨 다결정 구간이 생기면 결정립계가 길로 이어진다. Oates는 결정립계 몫이 커지면 표류 속도가 한 자릿수 커질 수 있고, 이것이 배선이 가늘어질수록 EM 수명이 줄어드는 이유라고 설명했다. 아래 애니메이션에서 두 손잡이(온도와 다결정 비율)를 움직여 보자.

근거: 활성화 에너지(계면·결정립계), Cu 격자 확산, 음극 Void와 양극 Hillock.

가속 시험과 Black 식

배선 신뢰성의 목표로는 135 °C에서 10년이 흔히 쓰인다. 10년을 실제로 기다릴 수는 없다. 그래서 온도와 전류 밀도를 일부러 높여 고장을 앞당기고, 그 결과를 사용 조건으로 옮긴다. 이것이 가속 시험(Accelerated test)이다. Cu 배선은 125~300 °C에서, 예전의 Al 배선은 175~250 °C와 약 10⁶ A/cm²에서 시험했다. JEDEC의 JESD202는 일정한 전류 밀도와 온도로 배선을 시험하고, 저항이 미리 정한 비율만큼 늘어난 때를 고장으로 보며, 고장 시간의 분포에서 중앙값과 퍼짐을 추정하는 방법을 정해 둔 표준이다.

시험 조건과 사용 조건을 잇는 다리가 Black 식(Black's equation)이다.

뒤의 지수 항은 1절의 확산 계수에서 온다. 온도가 오르면 원자가 빨리 움직여 수명이 지수적으로 짧아진다. 앞의 \(j^{-n}\)은 전류 밀도의 영향이다. \(n\)은 보통 1과 2 사이다. Void가 이미 생겨 자라는 속도가 수명을 정하면 \(n \approx 1\), Void가 처음 생기는 단계가 수명을 정하면 \(n = 2\)에 가깝다. Al 배선에서는 \(n \approx 2\)가 흔히 쓰였다. 4절에서 왜 생성 단계가 \(j^2\)에 반비례하는지를 역응력 그림으로 확인한다.

A는 모르는 상수지만 걱정할 필요가 없다. 같은 배선을 두 조건에서 비교하면 A가 지워지기 때문이다. 시험 조건(test)과 사용 조건(use)의 수명 비가 가속 계수(Acceleration factor, AF)다.

숫자로 감을 잡아 보자. 300 °C에서 105 °C로 옮길 때 온도 몫은 \(E_a\) = 0.95 eV면 약 2.0×10⁴배, 0.84 eV면 약 6.4×10³배다(계산). 시험에서 100시간 만에 고장 난 배선이 사용 온도에서는 수십~수백 년을 버틴다는 뜻이다. 동시에 이 계산은 \(E_a\)에 지수적으로 민감하다. 같은 300 → 105 °C 외삽에서 \(E_a\)를 0.1 eV 다르게 잡으면 예측 수명이 약 2.8배 달라진다(계산). 아래 시뮬레이터에서 직접 확인해 보자. 고를 수 있는 \(E_a\)는 모두 Cu 배선에서 측정된 값이다. 결정립계 0.84 eV와 SiN 계열 Cap 계면 0.95 eV, Cap 없는 배선 0.87 eV, SiCN 계열 Cap의 위쪽 끝 1.1 eV, Ta/TaN Cap 1.4 eV다.

근거: Black 식의 꼴과 n의 범위, 고를 수 있는 Ea 값, 볼츠만 상수. 시험 조건의 기본값(300 °C, 2 MA/cm², t₅₀ = 100 h)은 학습용으로 고른 값이다.

고장의 통계: 로그 정규 분포

똑같이 만든 배선 30개를 같은 조건으로 시험해도 30개가 같은 시간에 고장 나지 않는다. 결정립의 배치, 계면의 상태, Void가 생기는 자리가 배선마다 조금씩 다르기 때문이다. EM 고장 시간은 시간에 로그를 취하면 정규 분포를 따르는 로그 정규 분포(Lognormal distribution)로 다룬다. 이 분포는 숫자 두 개로 정해진다. 절반이 고장 나는 시간인 t₅₀(Median time to failure)과, ln t의 표준편차인 σ(Shape parameter)다.

제품에서 중요한 것은 절반이 아니라 처음 몇 개가 고장 나는 시간이다. 0.1%가 고장 나는 시간은 σ = 0.2면 t₅₀의 0.54배, σ = 0.3이면 0.40배, σ = 0.5면 0.21배다(계산). t₅₀이 같아도 σ가 크면 초기 고장이 훨씬 이르다. 실제 시험에서 σ가 어느 정도인지 예를 보면, Al 배선을 250 °C, 1.75 MA/cm²로 시험한 연구에서 유전체 구조 네 가지의 t₅₀은 131~168시간, σ는 0.24~0.36이었다.

칩 하나를 보면 더 엄격해진다. 칩에는 큰 전류가 흐르는 배선이 아주 많고, 그중 하나만 끊어져도 칩이 고장 난다고 보자. 배선 \(N\)개가 서로 독립이고 같은 분포를 따른다고 가정하면 칩의 고장 비율은 \(F_\text{chip} = 1-(1-F)^N\)이다(가정을 둔 계산). 칩 1,000개 가운데 하나(0.1%)만 고장을 허용하려 해도, 칩마다 그런 배선이 10⁶개 있다면 배선 하나의 불량률은 약 10⁻⁹ 아래여야 한다. 정규 분포로 \(z\) ≈ −6.0, 평균에서 표준편차 6개만큼 떨어진 꼬리다(계산). 이렇게 먼 꼬리는 시험으로 직접 볼 수 없으니 분포 모양을 믿고 외삽하는 수밖에 없다. 그래서 분포의 모양 자체가 맞는지가 중요해진다.

실제로 분포가 하나가 아닌 경우가 있다. Ogawa 등은 이중 다마신 Cu 배선 약 10,000개를 시험해 약한 고장 모드와 강한 고장 모드가 섞인 이봉 분포(Bimodal distribution)를 확인했다. 약한 모드는 Via 안의 Void, 강한 모드는 음극 끝 트렌치의 Void였다. MIT 그룹의 시험에서도 일부 초기 고장은 배선이 아니라 Via 안의 Void였다. JESD202도 하나의 로그 정규 분포로 맞지 않는 데이터는 대상이 아니라고 범위에 적어 두었다. 강한 모드에 맞춘 t₅₀과 σ만 보고 외삽하면 약한 모드가 만드는 초기 불량을 놓친다.

근거: 로그 정규 분포로 EM 고장 시간을 다루는 방법, 이봉 분포와 두 고장 모드. 칩 단위 계산과 약한 모드의 모양은 학습용 가정이다.

이제 두 도구를 합쳐 실제 설계 질문에 답해 보자. 가속 시험 결과가 주어졌을 때 사용 조건에서 10년 동안 0.1% 넘게 고장 나지 않으려면 전류 밀도를 얼마까지 허용할 수 있을까? 이렇게 정한 최대 전류 밀도가 설계 규칙이 된다. 미세화가 진행될수록 회로가 요구하는 최대 전류 밀도는 커지는데, 10년 수명을 지키는 최대 전류 밀도는 줄어든다. 두 숫자가 만나는 지점이 배선 신뢰성 엔지니어의 일터다.

짧은 배선은 버틴다: Blech 효과

1976년 Blech는 TiN 위에 올린 Al 줄무늬의 EM을 재다가 이상한 것을 발견했다. 줄이 짧을수록 EM이 일어나는 데 필요한 전류 밀도가 높아졌고, 그 문턱 전류 밀도는 줄 길이에 반비례했다. 아주 짧은 줄은 10⁶ A/cm²가 넘는 전류에서도 EM이 거의 보이지 않았다. Blech는 이것을 원자가 쌓이는 양극 쪽과 원자가 빠지는 음극 쪽 사이에 생기는 반대 방향의 기울기로 설명했다.

그림으로 생각해 보자. 양 끝이 막힌 배선에서 전자 바람이 원자를 양극 쪽으로 밀면, 양극 쪽에는 원자가 꽉 차 압축 응력이 생기고 음극 쪽에는 원자가 모자라 인장 응력이 생긴다. 응력의 차이는 원자를 압축된 곳에서 인장된 곳으로, 곧 전자 바람과 반대 방향으로 되민다. 이것이 역응력(Back stress)이다. 시간이 지나 역응력이 전자 바람과 똑같아지면 원자의 알짜 흐름이 멈춘다. 이때 음극 쪽 인장 응력이 Void를 만드는 데 필요한 임계 응력보다 작으면 배선은 영원히 끊어지지 않는다. 이런 배선을 불멸(Immortal) 배선이라 한다. 응력이 시간에 따라 쌓이는 과정은 Korhonen 식으로 쓴다.

정상 상태에서는 괄호 안이 0이 되므로 응력이 배선을 따라 직선으로 변하고, 양 끝의 응력 차이는 \(\beta j L\)이다. 원자는 생기거나 없어지지 않으니 평균 응력은 0으로 남고, 음극 끝의 인장 응력은 그 절반인 \(\beta jL/2\)다. 이것이 임계 응력 \(\sigma_\text{crit}\)보다 작을 조건을 정리하면 길이와 전류 밀도의 곱만 남는다.

Al Shohel 등이 Cu 이중 다마신에 쓴 매개변수(ρ = 2.25×10⁻⁸ Ω·m, Ω = 1.18×10⁻²⁹ m³, Z* = 1, σ_crit = 41 MPa)로 계산하면 \((jL)_c\) ≈ 0.27 A/µm, 곧 약 2,700 A/cm다. 1 MA/cm²에서는 약 27 µm보다 짧은 배선이 불멸이라는 뜻이다(계산). 측정값도 비슷한 크기다. 단일 다마신 Cu 배선을 300 °C, 1.4 MA/cm²로 시험한 결과 짧은 배선은 저항이 늘지 않았고 긴 배선은 길이와 상관없이 같은 시간에 고장 났으며, (jL)_c는 2,800~3,500 A/cm였다. 이중 다마신 Cu/산화막 배선에서는 약 9,000 A/cm가 얻어졌다. 같은 Cu라도 구조와 둘러싼 막에 따라 값이 다르다. 탄성률이 낮은 low-k 유전체는 배선을 덜 꽉 잡아 주어 Blech 효과를 약하게 만든다. 보통 불멸 임계 길이는 5~50 µm 정도로 이야기된다.

근거: Korhonen 식, 정상 상태 응력, 매개변수와 (jl)_crit = 0.27 A/µm, 측정된 (jL)_c.

Cap과 계면: Cu 배선의 약한 고리

Cu 다마신 배선은 세 면이 금속 Barrier(Ta/TaN)로, 윗면이 유전체 Cap(SiN, SiCN)으로 감싸여 있다. CMP로 윗면을 평평하게 깎은 뒤 그 위에 Cap을 덮기 때문에 윗면만 다른 재료와 만난다(4장과 5장). 1절에서 본 것처럼 EM의 가장 빠른 길은 바로 이 Cu/Cap 계면이다. Al 배선과 비교하면 약점이 하나 더 있다. Cu에는 Void가 생겨도 전류를 대신 나를 수 있는, EM에 강한 전도성 덮개층이 없어서 Al보다 작은 Void로도 고장이 난다. 질화규소 덮개는 오히려 Void가 쉽게 생기는 자리를 제공한다.

그렇다면 Cap을 바꾸면 수명이 바뀔까? Hu 등은 대나무형 결정 구조의 Cu 배선에 여러 Cap을 올려 비교했다. 얇은 Ta/TaN Cap은 Cap이 없는 배선이나 SiNx·SiCxNyHz Cap 배선보다 EM 수명을 크게 늘렸고, 활성화 에너지가 다음과 같이 커졌다.

표의 위 세 줄은 배선 전체의 수명에서 얻은 값이고, 아래 두 줄은 경로를 나눠 맞춘 값이라 측정 방법이 다르다. 숫자를 섞어 쓰지 말고 출처의 조건과 함께 읽자. 방향은 분명하다. 윗면 계면을 단단하게 묶을수록 계면 경로의 활성화 에너지가 오르고 EM 수명이 늘어난다. 선택적 무전해 도금으로 Cu 윗면에만 10~20 nm의 CoWP, CoSnP, Pd 같은 금속 Cap을 입히면 계면 확산을 막아 EM 수명이 크게 늘어난다. 50~100 Å 두께의 CoWP Cap이나 스스로 만들어지는 Cu 실리사이드 Cap도 계면 이동을 줄이고, Cu에 Al이나 Mn을 조금 섞은 합금은 표류 속도를 각각 5~10배, 약 10배 줄였다. 여러 방법 가운데 CoWP가 수명 이득에 비해 저항 손해가 가장 작다는 비교도 있다. IRDS는 Al·Mn을 넣은 Cu 합금 Seed, Cu와 SiCN Cap 사이의 얇은 금속층(CoWP나 CVD Co), 그리고 짧은 길이 효과를 실용적인 해법으로 꼽는다. 한 가지 덧붙이면, 금속 Cap이 EM 수명을 몇 배 늘리는지에 대해 공개 초록이 주는 말은 '크게'뿐이다. 배수는 구조와 시험 조건마다 다르니 자기 공정의 시험으로 확인해야 한다.

근거: 대나무형 배선의 Cap별 활성화 에너지, 결정립계 0.84 eV와 결정립계가 지배할 때 CoWP Cap의 효과, 금속 Cap과 Cu 합금을 함께 쓰는 전략, 금속 Cap이 계면 확산을 막는다는 결과.

Via 위냐 아래냐: 같은 배선, 다른 수명

계면이 약한 고리라는 사실은 Via의 위치에 따라 수명이 달라지는 현상도 설명한다. MIT 그룹은 같은 모양의 Via-Via 직선 배선을 아래층(M1)과 위층(M2)에 만들어 시험했다. M1 배선은 양 끝의 Via가 배선 위에 붙고(Via-above), M2 배선은 Via가 배선 아래에 붙는다(Via-below). 결과는 M2의 고장 시간이 M1보다 크게 길었고, 연구진은 그 차이를 Cu/Si₃N₄ 계면에서 Void가 쉽게 생기고 자라는 데서 찾았다.

전류 없이도 생기는 Void: 응력 이동

전원이 꺼진 칩을 오븐에 넣어 두기만 해도 배선에 Void가 생길 수 있다. 원자를 미는 힘이 전류가 아니라 기계적 응력의 기울기일 때 이것을 응력 이동(Stress migration, SM)이라 하고, 그 결과 생기는 Void를 응력 유발 Void(Stress-induced voiding, SIV)라 한다. 응력은 어디서 올까? Cu는 높은 온도에서 유전체에 갇힌 뒤 식는다. Cu와 주변 재료의 열팽창 계수가 달라 식는 동안 Cu가 마음대로 줄어들지 못하고, 결정립 성장에서 오는 응력까지 더해져 Cu에는 인장 응력이 남는다. 응력이 0이 되는 온도는 층간 유전체를 증착한 온도 근처인 300~450 °C다.

TI의 Ogawa 등은 넓은 아래층 배선에 이어진 Via 바로 아래에 Void가 생기는 현상을 보고했다. Cu가 완전히 갇히기 전에 충분히 열처리되지 않으면 결정립이 자라면서 빈자리가 과포화되고, 응력 기울기가 이 빈자리를 Via 아래로 모은다. Void가 생기는 속도는 약 190 °C에서 가장 빨랐고, 주로 넓은 배선에 이어진 Via의 문제였다. 열기계 응력 지수는 3.2, 확산 활성화 에너지는 0.74 eV로 얻어졌다. Al 배선과 달리 Cu에서는 배선이 넓을수록, Via가 작을수록 SM 불량률이 높다. 넓은 배선일수록 정수압 응력이 크고, Via 아래로 빈자리를 보낼 수 있는 부피가 크기 때문이다.

왜 하필 중간 온도에서 가장 빠를까? 두 효과가 반대로 움직이기 때문이다. 온도가 오르면 빈자리가 빨리 확산하지만, 응력이 0인 온도에 가까워질수록 Void를 키울 응력이 줄어든다. 온도가 낮으면 응력은 크지만 원자가 거의 움직이지 못한다. 이 두 효과를 곱한 McPherson–Dunn 꼴의 수명 모델이 널리 쓰인다.

근거: N = 3.2, Ea = 0.74 eV와 약 190 °C의 봉우리, 수명 모델의 꼴과 해석, 응력이 0인 온도 300~450 °C와 봉우리 150~250 °C 띠.

절연막이 무너지는 시간: TDDB

배선 사이에는 low-k 유전체가 있다. 이웃한 두 배선에 전압 차가 있으면 그 사이의 유전체는 늘 전기장을 받는다. 이 전기장이 유전체가 한 번에 깨지는 세기보다 훨씬 약해도, 오랜 시간이 지나면 손상이 쌓여 결국 전도 경로가 생긴다. 이것이 TDDB(Time-dependent dielectric breakdown, 시간 의존 절연 파괴)다. 원인은 유전체 자체의 손상이거나, 전극에서 금속 이온이 유전체로 끌려 들어가는 것이다. Cu는 전기장 아래에서 Cu⁺ 이온이 되어 유전체 속으로 떠돌기 때문에 Barrier와 Cap으로 감싼다. 배선 간격이 좁아지면 같은 전압에서 전기장이 커진다(E = V/s). 예를 들어 간격 20 nm에 0.75 V가 걸리면 0.375 MV/cm다(가정한 값으로 계산). EM과 마찬가지로 목표는 보통 135 °C까지 10년이고, 높은 전기장과 높은 온도의 가속 시험에서 외삽해 얻는다.

문제는 외삽에 쓰는 모델이 하나로 정해지지 않았다는 것이다. 수명이 전기장에 지수적으로 줄어든다는 E 모델, 전기장의 제곱근에 지수적으로 줄어든다는 √E 모델, 거듭제곱 모델, 1/E 모델 등이 있다. √E 모델은 Cu⁺가 Schottky나 Poole–Frenkel 전도를 통해 주입된다는 그림에서 나왔다. Cu가 있는 경우 √E 모델이 가장 알맞다는 주장이 있지만 아직 완전히 받아들여지지는 않았다. 낮은 전기장으로 외삽할 때 가장 보수적인 것은 E 모델이다. 그런데 다공성 SiOCH의 장기 시험에서는 E 모델과 √E 모델이 모두 지나치게 보수적이었고, imec의 정리로는 넓은 전기장 범위에서 충격 손상(impact-damage) 모델과 거듭제곱 모델이 가장 잘 맞았다. 아래 그림은 같은 시험점 두 개에서 출발해도 모델에 따라 사용 조건의 예측이 얼마나 갈라지는지를 보여 준다.

TDDB를 나쁘게 만드는 공정 요인도 정리되어 있다. 좁은 간격, 배선 가장자리의 거칠기, 플라즈마 손상, CMP 잔류물과 수분, Via의 정렬 어긋남이다. Cap과 유전체 사이의 계면이 누설과 Cu 확산의 주된 경로이고, 위가 넓은 사다리꼴 배선은 위쪽에서 간격이 가장 좁아 전기장이 가장 세다. 여기서도 Cap 계면이 등장한다. EM에서 원자의 빠른 길이었던 바로 그 계면이 TDDB에서는 이온과 누설 전류의 빠른 길이 된다. 시험 구조는 빗살 두 개를 맞물린 Comb-comb, 빗살과 구불구불한 선을 맞물린 Comb-serpentine 등을 쓰고, 전압의 극성을 바꿔 시험하면 금속 이온 표류 때문인지 유전체 자체의 파괴인지 나눠 볼 수 있다.