日立制作所开发的PCM断面结构。(点击放大)

以交叉点方式配置单元。(点击放大)

实现了此前发布的PCM中最小的单元面积。(点击放大)

日立制作所开发出了业内首款单元面积为4F²(F为设计规格)的交叉点型相变内存(PCM：phase change memory)【演讲序号：2B-1】。设计规格为80nm，单元面积在“截至目前发布的PCM中为最小”(该公司)。已确认至少可改写数据104次。

此前也曾有过以二极管作为单元选择元件来现交叉点型PCM的例子，不过单元面积很难小于6F²。因为二极管的导通电流密度较小，要想向单元供应数据改写所需的电流，需要增加二极管的断面面积。

此次，日立通过提高二极管的导通电流密度，使单元面积达到了4F²，与相同设计规格的NAND型闪存相当。并且是以一般情况下很难提高导通电流的多晶硅制二极管实现的。该公司采用多晶硅二极管是为了在周边电路的上部纵向堆积PCM的单元阵列，削减因单元阵列而增加的芯片面积。单晶硅制二极管基于结晶成长上的理由，需要在硅底板上形成，因此很难实现在周边电路上堆积单元阵列的布局。

另外，多晶硅二极管由于很难获得良好的电流特性及截止泄漏电流特性，因此此前没有尝试过用于单元选择元件。此次，开发小组通过对多晶硅二极管的电极材料及制造工艺的改进，同时改善了导通电流特性及截止泄漏电流特性。

通过削减二极管的上下电极及多晶硅层的接触电阻，将因单元面积缩小至4F²所需的导通电流提高到了8MA/cm²以上。为了削减接触电阻，进行了在上部电极(TiN)与多晶硅层间插入钛(Ti)层，下部电极材料由氮化钛(TiN)改为钨(W)等改进。

通过降低多晶硅的结晶化温度，抑制元件内杂质的扩散，将截止泄漏电流控制在了100A/cm2以下。因此，减少了逆向电压增加的单元的泄漏电流，可正确读取数据。

开发小组此次确认，即使记忆元件及二极管的直径缩小至30nm，也可利用多晶硅二极管供应改写数据所需的电流。微细化处理至30nm后，每单元的改写电流降低到了160μA。通过改进记忆元件的形状，“已模拟确认电流可减至10μA左右”(日立制作所中央研究所存储技术研究中心新一代存储元件项目主任研究员笹子佳孝)。记忆元件的相变化膜“采用此前发布的标准GeSbTe材料”(笹子)。今后的目标是对高集成阵列进行动作验证。