CN101452990A - 磁性存储器及其制造方法与写入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性存储器及其制造方法与写入方法。磁性存储器包括一第一磁性隧穿结构及一第二磁性隧穿结构。第二磁性隧穿结构与第一磁性隧穿结构电性连接，且第二磁性隧穿结构的体积小于第一磁性隧穿结构的体积。根据本发明，每一磁性存储器具有二位的数据存储量，不仅减少了磁性存储器所需要占用的体积，更增加了磁性存储器的写入速度。

Description

磁性存储器及其制造方法与写入方法
技术领域
本发明涉及一种存储器及其制造方法与写入方法，且特别涉及一种磁性存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)及其制造方法与写入方法。
背景技术
随着科技不断的进步，各式电子产品的运算处理速度及数字存储容量要求越来越高。其中，存储器在电子产品中，扮演了极具重要的角色。消费者对于存储器的耗电量、成本、读写速度或是重复抹写次数的要求越来越高。因此，近年来愈来愈多追求不同市场区隔的新式存储器技术陆续推出，希望能突破目前存储器的各项限制，成为新一代存储器的主流技术。
目前常见的存储器包括动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)、快闪存储器(Flash Memory)、静态随机存取存储器(StaticRandom Access Memory，SRAM)及磁性存储器(Magnetic Random AccessMemory，MRAM)。其中，磁性存储器(MRAM)为一种新颖的非易失(non-volatile)存储器，其非易失特性与快闪存储器相同。且磁性存储器(MRAM)不论在写入或读取速度均可媲美静态随机存取存储器(SRAM)。磁性存储器(MRAM)的单位存储面积更可与动态随机存取存储器(DRAM)相抗衡。因此，磁性存储器已被公认为极具发展潜力新一代存储器。
在磁性存储器(MRAM)中，通过电流(或电子流)来进行自旋传输(spin-transfer)写入数据。当磁性存储器具有大电阻时，则可定义为“0”；反之，当磁性存储器具有小电阻时，则可定义为“1”。也就是说，一个传统的磁性存储器可存储一位(1-bit)数据。若欲写入4位数据，则必须对四个传统的磁性存储器写入“0”或“1”等数据。然而，电子产品部不断追求“轻、薄、短、小”以及“速度”的要求下。传统的磁性存储器仅能写入一位数据，不仅占用较多的体积更减慢写入的速度。因此，如何有效降低磁性存储器所占用的体积，并提高磁性存储器的写入速度实为目前亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明涉及一种磁性存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)及其制造方法与写入方法，透过电性连接两组不同体积的第一磁性隧穿结构及第二磁性隧穿结构，并控制第一电流及第二电流的大小及方向，以使第一磁性隧穿结构及第二磁性隧穿结构组合出“11”、“10”、“01”及“00”等四种不同数据类型。因此每一磁性存储器具有二位的数据存储量，不仅减少了磁性存储器所需要占用的体积，更增加了磁性存储器的写入速度。
根据本发明的一方面，提出一种磁性存储器(Magnetic Random AccessMemory，MRAM)。磁性存储器包括一第一磁性隧穿结构(Magnetic TunnelJunction，MTJ)及一第二磁性隧穿结构。第二磁性隧穿结构与第一磁性隧穿结构电性连接，且第二磁性隧穿结构的体积小于第一磁性隧穿结构的体积。
根据本发明的另一方面，提出一种磁性存储器的制造方法。磁性存储器的制造方法至少包括以下步骤：(a)提供一基板；(c)形成一第一下磁性固定层、一第一磁性自由层、一第一上磁性固定层、一第二下磁性固定层、一第二磁性自由层及一第二上磁性固定层于基板上；(d)以一掩模为遮蔽物，蚀刻第二上磁性固定层、第二磁性自由层及第二下磁性固定层，以形成一第二磁性隧穿结构；以及(f)蚀刻第一上磁性固定层、第一磁性自由层及第一下磁性固定层，以形成一第一磁性隧穿结构。
根据本发明的再一方面，提出一种磁性存储器的写入方法。磁性存储器的写入方法至少包括以下步骤：(I)提供一第一磁性隧穿结构及一第二磁性隧穿结构，第二磁性隧穿结构的体积小于第一磁性隧穿结构的体积；以及(II)提供一第一电流通过一第一磁性隧穿结构及一第二磁性隧穿结构。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示依照本发明第一实施例的磁性存储器的示意图；
图2A绘示本发明第一实施例的磁性存储器由“11”写入“01”、“10”或“00”的示意图；
图2B绘示本发明第一实施例的磁性存储器由“10”写入“00”、“01”或“11”的示意图；
图2C绘示本发明第一实施例的磁性存储器由“01”写入“11”、“10”或“00”的示意图；
图2D绘示本发明第一实施例的磁性存储器由“00”写入“10”、“01”或“11”的示意图；
图3绘示依照本发明第一实施例的磁性存储器的制造方法的流程图；
图4A～4I绘示依照图3各步骤的结构示意图；
图5绘示依照本发明第二实施例的磁性存储器的示意图；
图6A绘示本发明第二实施例的磁性存储器由“11”写入“01”、“10”或“00”的示意图；
图6B绘示本发明第二实施例的磁性存储器由“10”写入“00”、“01”或“11”的示意图；
图6C绘示本发明第二实施例的磁性存储器由“01”写入“11”、“10”或“00”的示意图；
图6D绘示本发明第二实施例的磁性存储器由“00”写入“10”、“01”或“11”的示意图；
图7绘示依照本发明第三实施例的磁性存储器的示意图；
图8A～8D分别绘示本发明第三实施例的磁性存储器由“11”、“10”、“01”或“00”写入数据的示意图；
图9绘示依照本发明第四实施例的磁性存储器的示意图；以及
图10A～10D分别绘示本发明第四实施例的磁性存储器由“11”、“10”、“01”或“00”写入数据的示意图
附图标记说明
100、200、300、400：磁性存储器
111：第一上电极层
112、212、312、412：第一上磁性固定层
113：第一阻障层
114、214、314、414：第一磁性自由层
115：第一间隔层
116、216、316、416：第一下磁性固定层
117：第一反铁磁层
118：第一下电极层
121：第二上电极层
122、222、322、422：第二上磁性固定层
123：第二阻障层
124、224、324、424：第二磁性自由层
125：第二间隔层
126、226、326、426：第二下磁性固定层
127：第二反铁磁层
128：第二下电极层
130：第一电极层
140：第二电极层
150：基板
160：掩模
170：绝缘层
180：保护层
MTJ11、MTJ21、MTJ31、MTJ41：第一磁性隧穿结构
MTJ12、MTJ22、MTJ32、MTJ42：第二磁性隧穿结构
具体实施方式
以下提出优选实施例作为本发明的详细说明。然本发明的技术并不限制于此，且这些实施例用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。再者，实施例中的图示亦省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。
第一实施例
请参照图1，其绘示依照本发明第一实施例的磁性存储器(MagneticRandom Access Memory，MRAM)100的示意图。磁性存储器100包括一第一磁性隧穿结构(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。第二磁性隧穿结构MTJ 12与第一磁性隧穿结构MTJ 11电性连接。本实施例中，第二磁性隧穿结构MTJ 12堆叠于第一磁性隧穿结构MTJ 11之上，并以串联式电性连接。并且第二磁性隧穿结构MTJ 12的体积小于第一磁性隧穿结构MTJ 11的体积。其中，第一磁性隧穿结构MTJ 11亦可堆叠于第二磁性隧穿结构MTJ 12之上，只要是两组大小不同的磁性隧穿结构MTJ 11、MTJ 12电性连接，皆不脱离本发明所属技术范围。
其中，第一磁性隧穿结构MTJ 11包括一第一上磁性固定层112、一第一磁性自由层114及一第一下磁性固定层116。第一上磁性固定层112与第一下磁性固定层116的磁性方向相反。第一上磁性固定层112固定于一第一磁性方向M1，第一下磁性固定层116固定于一第二磁性方向M2。第一磁性自由层114可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。
第二磁性隧穿结构MTJ 12包括一第二上磁性固定层122、一第二磁性自由层124及一第二下磁性固定层126。第二上磁性固定层122与第二下磁性固定层126的磁性方向相反。第二上磁性固定层122固定于第一磁性方向M1，第二下磁性固定层126固定于第二磁性方向M2，第二磁性自由层124可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。
也就是说，本实施例的第一上磁性固定层112、第一下磁性固定层116、第二上磁性固定层122及第二下磁性固定层126分别固定于第一磁性方向M1、第二磁性方向M2、第一磁性方向M1及第二磁性方向M2。在图1中，第一磁性自由层114及第二磁性自由层124的磁性方向以虚线表示可以磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2的其中之一。其中，第一上磁性固定层112、第一磁性自由层114及第一磁性下固定层116的宽度实质上相同。第二上磁性固定层122、第二磁性自由层124及第二磁性下固定层126的宽度实质上相同。
更详细的说，第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ 12于写入模式时，电流的临界电流密度(Critical Current Density)jc可以下列方程序运算得知：
j c = J c 0 ( 1 - kT E ln ( τ p τ 0 ) ) ;
E = M s VH k 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 )
其中，T为温度(Temperature)，τp为写入脉冲时间(Programming PulseTime)，τ0为临界脉冲时间(Critical Pulse Time)，Jc0为常数。E为异向性能量(Anisotropic Energy)，Ms为饱和磁化强度(Saturation Magnetization)，V为总体积(Total Volume)，Hk为异向性磁场(Anisotropic Magnetic Field)。式(1)经过转换后，可得
Figure A200810083018D00121
其中，e、α及h为常数，η为铁磁性材料的磁性极化量(MagneticPolarization of Ferromagnetic Material)，H为外加磁场MF的强度。
式(2)经过化简后可得
jc∝C1(V+C2)................................................(3)
其中，C1及C2为常数。以实验数据来说，当磁性隧穿结构的截面积为0.2×0.3μm2时，写入电流为600μA，临界电流密度jc为1.3×106A/cm2。当磁性隧穿结构的截面积为0.1×0.15μm2时，写入电流为150μA，临界电流密度jc为9.5×105A/cm2。也就是说，体积V正比于电流的临界电流密度jc及电导(i.e.1/电阻)。体积V越大者，临界电流密度jc越大，电导越大。反之，体积V越小者，临界电流密度jc越小，电导越小。
在本实施例中，第二磁性隧穿结构MTJ 12的体积实质上小于三分之二第一磁性隧穿结构MTJ 11的体积。因此，第二磁性隧穿结构MTJ 12的电阻高于第一磁性隧穿结构MTJ 11的电阻。
其中，第一穿遂结构MTJ 11还包括一第一间隔层(First Spacer Layer)115，设置于第一磁性下固定层116及第一磁性自由层114之间。第一间隔层115的厚度大约为0.7纳米(nm)～3.0纳米(nm)，使得电流可隧穿通过第一间隔层115。当第一下磁性固定层116与第一磁性自由层114的磁性方向不同时，则第一磁性穿遂结构MTJ 11具有大电阻nR。反之，当第一下磁性固定层116与第一磁性自由层114的磁性方向相同时，则第一磁性穿遂结构MTJ 11具有小电阻R。其中，n(n>1)与第一磁性隧穿结构MTJ 11的隧穿电阻(Tunneling Magnetoresistance，TMR)相关。大电阻nR及小电阻R分别定义为“0”、“1”，改变第一磁性自由层114的磁性方向即可写入“0”或“1”于第一磁性穿遂结构MTJ 11中。
同理，第二磁性穿遂结构MTJ 12还包括一第二间隔层(Second SpacerLayer)125，设置于第二磁性下固定层126及第二磁性自由层124之间。第二间隔层125的厚度大约为0.7纳米(nm)～3.0纳米(nm)，使得电流可隧穿通过第二间隔层125。当第二下磁性固定层126与第二磁性自由层124的磁性方向不同时，则第二磁性穿遂结构MTJ 12具有大电阻nfR(f>1)。n(n>1)与第二磁性隧穿结构MTJ 12的隧穿电阻(TunnelingMagnetoresistance，TMR)相关。其中，由于第二磁性隧穿结构MTJ 12的体积小于第一磁性隧穿结构MTJ 11，因此第二磁性隧穿结构MTJ 12的大电阻nfR为第一磁性隧穿结构MTJ 11的大电阻nR的f倍(f>1)。反之，当第二下磁性固定层126与第二磁性自由层124的磁性方向相同时，则第二磁性穿遂结构MTJ 12具有小电阻fR。其中，由于第二磁性隧穿结构MTJ 12的体积小于第一磁性隧穿结构MTJ 11，因此第二磁性隧穿结构MTJ 12的小电阻fR为第一磁性隧穿结构MTJ 11的小电阻R的f倍(f>1)。大电阻nfR及小电阻fR分别定义为“0”、“1”，改变第二磁性自由层124的磁性方向即可写入“0”或“1”于第二磁性穿遂结构MTJ 12中。
如上所述，第一磁性穿遂结构MTJ 11可改变为大电阻nR或小电阻R，且第二磁性穿遂结构MTJ 12亦可改变为大电阻nfR或小电阻fR。因此，两者组合后，磁性存储器100则可改变为nR+nfR、nR+fR、R+nfR及R+fR四种组合。依据上述所代表的“0”“1”符号，则可分别定义为“00”、“01”、“10”及“11”。其中，“01”与“10”所代表的电阻并不相同，如此，磁性存储器100则具有二位的存储特性。
更详细的说，第一磁性穿遂结构MTJ 11还包括一第一反铁磁层(FirstAnti-ferromagnetic Layer)117及一第一阻障层(First Barrier Layer)113。第一反铁磁层117相邻于第一下磁性固定层116，用以固定第一下磁性固定层116为第二磁性方向M2。第一阻障层113则设置于第一上磁性固定层112及第一磁性自由层114之间，用以避免第一上磁性固定层112及第一磁性自由层114的磁性互相影响。第一阻障层113一般为非磁性金属薄膜，例如厚度为0.7纳米(nm)～2纳米(nm)的钌(Ru)或铱(Ir)金属薄膜。
同理，第二磁性穿遂结构MTJ 12还包括一第二反铁磁层(SecondAnti-ferromagnetic Layer)127及一第二阻障层(Second Barrier Layer)123。第二下反铁磁层127相邻于第二下磁性固定层126，用以固定第二下磁性固定层126为第二下磁性方向M2。第二阻障层123则设置于第二上磁性固定层122及第二磁性自由层124之间，用以避免第二上磁性固定层122及第二磁性自由层124的磁性互相影响。第二阻障层123一般为非磁性金属薄膜，例如厚度为0.7纳米(nm)～2纳米(nm)的钌(Ru)或铱(Ir)金属薄膜。
此外，磁性存储器100还包括一第一电极层130及一第二电极层140。且第一隧穿结构MTJ 11还包括一第一上电极层111及一第一下电极层118。第一上电极层111邻近于第一上磁性固定层112，第一下电极层118邻近于第一下磁性固定层116。第二隧穿结构MTJ 12还包括一第二上电极层121及一第二下电极层128。第二上电极层121邻近于第二上磁性固定层122。第二下电极层128邻近设置于第二下磁性固定层127。第一电极层130透过第一下电极层118电性连接第一磁性隧穿结构MTJ 11。第二电极层140透过第二上电极层121电性连接第二磁性隧穿结构MTJ 12。第一上电极层111及第二下电极层128导通第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ 12。第一电极层130及第二电极层140用以提供一电流通过第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ 12。
至于，本实施例的磁性存储器100如何改变于上述“00”、“01”、“10”及“11”四种状态之间，将一一说明如下。本发明的磁性存储器写入方法以本实施例所述的磁性存储器100为例做说明，然其并非用以局限本发明的写入方法。
请参照图2A，其绘示本发明第一实施例的磁性存储器100由“11”写入“01”、“10”或“00”的示意图。当磁性存储器100为“11”时，第一磁性自由层114与第一下磁性固定层116的磁性方向相同，且第二磁性自由层124与第二下磁性固定层126的磁性方向相同，如图2A左侧所示。
当磁性存储器100欲由“11”写入“01”时，则提供一第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ12)|<|I1|<|IAP(MTJ11)|，第一电流I1的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值之间，第一电流I1足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层114。
并且I1>0，第一电流I1由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12，使得第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向相同。在本实施例中，第一电流I1为正，代表第一电流I1由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12。此时，磁性存储器100则被写入“01”。
当磁性存储器100欲由“11”写入“10”时，则依序提供一第一电流I1及一第二电流I2通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ11)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ 11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层124。
并且，I1>0，第一电流I1由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12，使得第一磁性自由层114磁化为第一上磁性固定层112的磁性方向且第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向。
接着，|IAP(MTJ12)|<|I2|<|IAP(MTJ11)|，第二电流I2的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值之间，第二电流I2足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层114。
并且，I2<0，第二电流I2由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MTJ 11，使得第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“10”。
当磁性存储器100欲由“11”写入“00”时，则提供一第一电流I1通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ11)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层124。
并且，I1>0，第一电流I1由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12，使得第一磁性自由层114磁化为第一上磁性固定层112的磁性方向，且第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“00”。
请参照图2B，其绘示本发明第一实施例的磁性存储器100由“10”写入“00”、“01”或“11”的示意图。当磁性存储器100为“10”时，第一磁性自由层114与第一下磁性固定层116的磁性方向不同，且第二磁性自由层124与第二下磁性固定层126的磁性方向相同，如图2B左侧所示。
当磁性存储器100欲由“10”写入“00”时，则提供一第一电流I1通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ12)|<|I1|<|IAP(MTJ11)|，第一电流I1的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值，第一电流I1足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层114。
并且，I1>0，第一电流I1由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12，使得第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向。
当磁性存储器100欲由“10”写入“01”时，则依序提供一第一电流I1及一第二电流I2通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ11)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层124。
并且，I1<0，第一电流I1由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MTJ 11，使得第一磁性自由层114磁化为第一下磁性固定层116的磁性方向且第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。
接着，|IAP(MTJ12)|<|I2|<|IAP(MTJ11)|，第二电流I2的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值之间，第二电流I2足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层114。
并且，I2>0，第二电流I2由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12，使得第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“01”。
当磁性存储器100欲由“10”写入“11”时，则提供一第一电流I1通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ11)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层124。
并且，I1<0，第一电流I1由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MTJ 11，使得第一磁性自由层114磁化为第一下磁性固定层116的磁性方向，且第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“00”。
请参照图2C，其绘示本发明第一实施例的磁性存储器100由“01”写入“11”、“10”或“00”的示意图。当磁性存储器100为“01”时，第一磁性自由层114与第一下磁性固定层116的磁性方向相同，且第二磁性自由层124与第二下磁性固定层126的磁性方向不同，如图2C左侧所示。
当磁性存储器100欲由“01”写入“11”时，则提供一第一电流I1通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ12)|<|I1|<|IAP(MTJ11)|，第一电流I1的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值，第一电流I1足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第磁性自由层114。
并且，I1<0，第一电流I由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MRJ 11，使得第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“11”。
当磁性存储器100欲由“01”写入“10”时，则依序提供第一电流I1及第二电流I2通过第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ11)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层124。
并且，I1>0，第一电流I1由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12，使得第一磁性自由层114磁化为第一上磁性固定层112的磁性方向，且第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向。
接着，|IAP(MTJ12)|<|I2|<|IAP(MTJ11)|，第二电流I2的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值之间，第二电流I2足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层114。
并且，I2<0，第二电流I2由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MTJ 11，使得第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“10”。
当磁性存储器100欲由“01”写入“00”时，则提供一第一电流I1通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ11)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层1224。
并且，I1>0，第一电流I1由第一磁性隧穿结构MTJ 11流向第二磁性隧穿结构MTJ 12，使得第一磁性自由层114磁化为第一上磁性固定层112的磁性方向，且第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“11”。
请参照图2D，其绘示本发明第一实施例的磁性存储器100由“00”写入“10”、“01”或“11”的示意图。当磁性存储器100为“00”时，第一磁性自由层114与第一下磁性固定层116的磁性方向不同，且第二磁性自由层124与第二下磁性固定层126的磁性方向不同，如图2D左侧所示。
当磁性存储器100欲由“00”写入“10”时，则提供一第一电流I1通过一第一磁性隧穿结构MTJ 11及一第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ12)|<|I1|<|IAP(MTJ11)|，第一电流I1的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值之间，第一电流I1足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层114。
并且I1<0，第一电流I1由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MTJ 11，使得第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“10”。
当磁性存储器100欲由“00”写入“01”时，则依序提供一第一电流I1及一第二电流I2通过第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ12。
其中，|IAP(MTJ11)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层124。
并且，I1<0，第一电流I1由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MTJ 11，使得第一磁性自由层114磁化为第一下磁性固定层116的磁性方向，且第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。
接着，|IAP(MTJ12)|<|I2|<|IAP(MTJ11)|，第二电流I2的绝对值介于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值及第二磁化临界值IAP(MTJ12)的绝对值之间，第二电流I2足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层114。
并且，I2>0，第二电流I2由第一磁性隧穿结构MTJ11流向第二磁性隧穿结构MTJ12，使得第二磁性自由层124磁化为第二上磁性固定层122的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“01”。
当磁性存储器100欲由“00”写入“11”时，则提供一第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，|IAP(MTJ1)|<|I1|，第一电流I1的绝对值大于第一磁化临界值IAP(MTJ11)的绝对值，第一电流I1足以翻转第一磁性自由层114及第二磁性自由层124。
并且，I1<0，第一电流I1由第二磁性隧穿结构MTJ 12流向第一磁性隧穿结构MTJ 11，使得第一磁性自由层114磁化为第一下磁性固定层116的磁性方向，且第二磁性自由层124磁化为第二下磁性固定层126的磁性方向。此时，磁性存储器100则被写入“11”。
透过上述的方法，不论磁性存储器100的原始存储数据为何，均可透过本发明的写入方法写入“00”、“01”、“10”及“11”的二位数据。
至于本实施例磁性存储器100的制造方法，以下更以流程图搭配结构示意图说明如下。
请参照图3及图4A～4I，图3绘示依照本发明第一实施例的磁性存储器100的制造方法的流程图，图4A～4I绘示依照图3各步骤的结构示意图。虽然本实施例以图3的各个步骤及图4A～4I的结构示意图为例说明，然本发明的磁性存储器的制造方法并非局限于图3的所有步骤，亦并非局限于图4A～4I的结构。
首先，如图4A所示，进入图3的步骤S101。提供一基板150。
接着，如图4B所示，进入图3的步骤S102。形成一第一电极层130于基板150上。
然后，如图4C所示，进入图3的步骤S103。形成第一下电极层118、第一反铁磁层117、第一下磁性固定层116、第一间隔层115、第一磁性自由层114、第一阻障层113、第一上磁性固定层112、第一上电极层111、第二下电极层128、第二反铁磁层127、第二下磁性固定层126、第二间隔层125、第二磁性自由层124、第二阻障层123、第二上磁性固定层122及第二上电极层121于基板150上。
本实施例的各层结构的材料与厚度亦不局限于某种特定材料与厚度。举例来说，第一上电极层111、第一下电极层118、第二上电极层121及第二下电极层128的材料为金属氮化合物、金属氮氧化合物或导电陶瓷等低热传导的导电性材料。金属氮化合物例如是氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)。金属氮氧化合物例如是氮氧化钛(TiON)或氮氧化钽(TaON)。导电陶瓷例如是镍酸镧(LaNiO3，LNO)或锰酸锶镧(LaSrMnO3，LSMO)。
第一反铁磁层117及第二反铁磁层127的材料为反铁磁性材料，例如是锰化铁(FeMn)或锰化铂(PtMn)。且第一反铁磁层117及第二反铁磁层127的厚度为10～200纳米(nm)。
第一下磁性固定层116及第二下磁性固定层126的材料为单铁磁性材料(Single ferromagnetic material)、多铁磁性材料(Multiple ferromagneticmaterial)或合成铁磁性材料(Synthetic ferromagnetic structure，SAF)。单铁磁性材料例如是铁化钴(CoFe)、铁化镍(NiFe)、铂化钴(CoPt)或铁硼化钴(CoFeB)。多铁磁性材料例如是铁化钴/铁化镍堆叠结构(CoFe/NiFe)或铁化镍/铁硼化钴堆叠结构(NiFe/CoFeB)。合成铁磁性材料例如是铁硼化钴/钌/铁化钴堆叠结构(CoFeB/Ru/CoFe)。
第一间隔层115及第二间隔层125的材料为氧化铝(Al2O3)或氧化镁(MgO)。且第一间隔层115及第二间隔层125的厚度为0.7～3纳米(nm)。
第一磁性自由层114及第二磁性自由层124的材料为单铁磁性材料(Single ferromagnetic material)或多铁磁性材料(Multiple ferromagneticmaterial)。单铁磁性材料例如是铁化钴(CoFe)、铁化镍(NiFe)、铂化钴(CoPt)或铁硼化钴(CoFeB)。多铁磁性材料例如是铁化钴/铁化镍堆叠结构(CoFe/NiFe)或铁化镍/铁硼化钴堆叠结构(NiFe/CoFeB)。且第一磁性自由层114及第二磁性自由层124的厚度为1～20纳米。
其中，上述各层结构的形成方式可选用各种薄膜形成方式，例如是化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)或物理气相沉积法(PhysicalVapor Deposition，PVD)。在本实施例中，上述各层结构的形成方式采用物理气相沉积法。
接着，如图4D所示，形成一掩模160。此掩模160例如是硬烘烤后光阻、氮化硅或氧化硅。在此步骤中，掩模160的宽度为欲形成的第二磁性隧穿结构MTJ12的宽度。
然后，如图4E所示，进入图3的步骤S104。以掩模160为遮蔽物，蚀刻第二上电极层121、第二上磁性固定层122、第二阻障层123、第二磁性自由层124、第二间隔层125、第二下磁性固定层126、第二反铁磁层127及第二下电极层128。并去除掩模160，以形成一第二磁性隧穿结构MTJ 12。在此步骤中，蚀刻的方式可选用湿式蚀刻(Wet Etching)或干式蚀刻(DryEtching)。优选地，本实施例选用干式蚀刻，例如是等离子体蚀刻(PlasmaEtching)，以避免侧向蚀刻的现象。
接着，如图4F所示，进入图3的步骤S105。形成一绝缘层170包覆第二磁性隧穿结构MTJ 12的侧壁。其中，在此步骤中，绝缘层170的宽度与欲形成的第一磁性隧穿结构MTJ 11的宽度相等。
然后，如图4G所示，进入图3的步骤S106。以绝缘层170为遮蔽物，蚀刻第一上电极层111、第一上磁性固定层112、第一阻障层113、第一磁性自由层114、第一间隔层115、第一下磁性固定层116、第一反铁磁层117及第一下电极层118，以形成一第一磁性隧穿结构MTJ11。在此步骤中，蚀刻的方式可选用湿式蚀刻(Wet Etching)或干式蚀刻(Dry Etching)。优选地，本实施例选用干式蚀刻，例如是等离子体蚀刻(Plasma Etching)，以避免侧向蚀刻的现象。
接着，如图4H所示，进入图3的步骤S107。形成一保护层(Dielectriclayer)180覆盖第一磁性隧穿结构MTJ 11及第二磁性隧穿结构MTJ 12。其中，保护层180的形成方式可采用等离子体增强式化学气相沉积法(PECVD)或高密度等离子体化学气相沉积法(HDPCVD)。保护层180的材料例如是氧化硅或低介电值(low-K)材料。
然后，如图4I所示，进入图3的步骤S108。形成一第二电极层140于第二磁性隧穿结构MTJ12上。至此，即形成本实施例的磁性存储器100。
第二实施例
本实施例的磁性存储器200与第一实施例的磁性存储器100不同之处在于：第二上磁性固定层222及第二下磁性固定层226的磁性方向的配置，其余相同之处不再重述。请参照图5，其绘示依照本发明第二实施例的磁性存储器200的示意图。本实施例的第一上磁性固定层212固定于第二磁性方向M2，第一下磁性固定层216固定于第一磁性方向M1，第一磁性自由层214可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。第二上磁性固定层222固定于第一磁性方向M1，第二下磁性固定层226固定于第二磁性方向M2，第二磁性自由层124可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。
请参照图6A，其绘示本发明第二实施例的磁性存储器200由“11”写入“01”、“10”或“00”的示意图。当磁性存储器200为“11”时，第一磁性自由层214与第一下磁性固定层216的磁性方向相同，且第二磁性自由层224与第二下磁性固定层226的磁性方向相同，如图6A左侧所示。
当磁性存储器200欲由“11”写入“01”时，则提供一第一电I1流通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2A第一列的第一电流I1的方向及大小相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第二磁性自由层224，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“01”。
当磁性存储器200欲由“11”写入“10”时，则依序提供第一电流I1及第二电流I2通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2A第二列的第一电流I1的大小与方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224，并使得第一磁性自由层214磁化为第一上磁性固定层212的磁性方向，且第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。
接着，第二电流I2的大小及方向与图2A第二列的第二电流I2的大小及方向相同，不再重述。第二电流I2足以翻转第二磁性自由层224，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“10”。
当磁性存储器200欲由“11”写入“00”时，则提供第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2A第三列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224，并使得第一磁性自由层214磁化为第一上磁性固定层212的磁性方向，且第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“00”。
请参照图6B，其绘示本发明第二实施例的磁性存储器200由“10”写入“00”、“01”或“11”的示意图。当磁性存储器200为“10”时，第一磁性自由层214与第一下磁性固定层216的磁性方向不同，且第二磁性自由层224与第二下磁性固定层226的磁性方向相同，如图6B左侧所示。
当磁性存储器200欲由“10”写入“00”时，则提供第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2B第一列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第二磁性自由层224，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。
当磁性存储器200欲由“10”写入“01”时，则依序提供第一电流I1及一第二电流I2通过第一磁性隧穿结构MTJ21及第二磁性隧穿结构MTJ22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2B第二列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224。并使得第一磁性自由层214磁化为第一下磁性固定层226的磁性方向相同且第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。
接着，第二电流I2的大小及方向与图2B第二列的第二电流I2的大小及方向相同，不再重述。第二电流I2足以翻转第二磁性自由层224，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“01”。
当磁性存储器200欲由“10”写入“11”时，则提供第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2B第三列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224，并使得第一磁性自由层214磁化为第一下磁性固定层216的磁性方向，且第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。此时，磁性存储器则被写入“00”。
请参照图6C，其绘示本发明第二实施例的磁性存储器200由“01”写入“11”、“10”或“00”的示意图。当磁性存储器200为“01”时，第一磁性自由层214与第一下磁性固定层216的磁性方向相同，且第二磁性自由层224与第二下磁性固定层226的磁性方向不同，如图6C左侧所示。
当磁性存储器200欲由“01”写入“11”时，则提供第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2C第一列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第二磁性自由层124，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“11”。
当磁性存储器200欲由“01”写入“10”时，则依序提供第一电流I1及第二电流I2通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2C第二列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224，并使得第一磁性自由层214磁化为第一上磁性固定层212的磁性方向且第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。
接着，第二电流I2的大小及方向与图2C第二列的第二电流I2的大小及方向相同，不再重述。第二电流I2足以翻转第二磁性自由层224，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“10”。
当磁性存储器200欲由“01”写入“00”时，则提供第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 12。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2C第三列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224，并使得第一磁性自由层214磁化为第一上磁性固定层212的磁性方向，且第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“11”。
请参照图6D，其绘示本发明第二实施例的磁性存储器200由“00”写入“10”、“01”或“11”的示意图。当磁性存储器200为“00”时，第一磁性自由层214与第一下磁性固定层216的磁性方向不同，且第二磁性自由层224与第二下磁性固定层226的磁性方向不同，如图6D左侧所示。
当磁性存储器200欲由“00”写入“10”时，则提供第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2D第一列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第二磁性自由层224，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“10”。
当磁性存储器200欲由“00”写入“01”时，则依序提供第一电流I1及第二电流I2通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2D第二列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224，并使得第一磁性自由层214磁化为第一下磁性固定层216的磁性方向相同且第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。
接着，第二电流I2的大小及方向与图2C第二列的第二电流I2的大小及方向相同，不再重述。第二电流I2足以翻转第二磁性自由层224，但不足以翻转第一磁性自由层214，并使得第二磁性自由层224磁化为第二上磁性固定层222的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“01”。
当磁性存储器200欲由“00”写入“11”时，则提供第一电流I1通过第一磁性隧穿结构MTJ 21及第二磁性隧穿结构MTJ 22。
其中，第一电流I1的大小及方向与图2C第三列的第一电流I1的大小及方向相同，不再重述。第一电流I1足以翻转第一磁性自由层214及第二磁性自由层224，并使得第一磁性自由层214磁化为第一下磁性固定层216的磁性方向，且第二磁性自由层224磁化为第二下磁性固定层226的磁性方向。此时，磁性存储器200则被写入“11”。
透过上述的方法，不论磁性存储器200的原始存储数据为何，均可透过本发明的写入方法写入“00”、“01”、“10”及“11”的二位数据。
第三实施例
本实施例的磁性存储器300与第一实施例的磁性存储器100不同之处在于：第一上磁性固定层312、第一下磁性固定层316、第二上磁性固定层322及第二下磁性固定层326的磁性方向的配置，其余相同之处不再重述。请参照图7，其绘示依照本发明第三实施例的磁性存储器300的示意图。在第一磁性隧穿结构MTJ31中，第一上磁性固定层312固定于第二磁性方向M2，第一下磁性固定层316固定于第一磁性方向M1，第一磁性自由层314可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。在第二磁性隧穿结构MTJ32中，第二上磁性固定层322固定于第二磁性方向M2，第二下磁性固定层326固定于第一磁性方向M1，第二磁性自由层324可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。
请参照图8A～8D，其分别绘示本发明第三实施例的磁性存储器300由“11”、“10”、“01”或“00”写入数据的示意图。本实施例的写入方法提供第一电流I1或第二电流I2来改变第一磁性自由层314与第二磁性自由层324的磁性方向。详细的写入过程与第一实施例类似，请参考图8A～8D所绘示的内容，在此不再重述。
第四实施例
本实施例的磁性存储器400与第一实施例的磁性存储器100不同之处在于：第一上磁性固定层412、第一下磁性固定层416、第二上磁性固定层422及第二下磁性固定层426的磁性方向的配置，其余相同之处不再重述。请参照图9，其绘示依照本发明第四实施例的磁性存储器400的示意图。在第一磁性隧穿结构MTJ41中，第一上磁性固定层412固定于第一磁性方向M1，第一下磁性固定层416固定于第二磁性方向M2，第一磁性自由层414可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。在第二磁性隧穿结构MTJ42中，第二上磁性固定层422固定于第二磁性方向M2，第二下磁性固定层426固定于第一磁性方向M1，第二磁性自由层424可磁化为第一磁性方向M1或第二磁性方向M2。
请参照图10A～10D，其分别绘示本发明第四实施例的磁性存储器400由“11”、“10”、“01”或“00”写入数据的示意图。本实施例的写入方法提供第一电流I1或第二电流I2来改变第一磁性自由层414与第二磁性自由层424的磁性方向。详细的写入过程与第一实施例类似，请参考图10A～10D所绘示的内容，在此不再重述。
本发明上述实施例所披露的磁性存储器及其制造方法与写入方法透过电性连接两组不同体积的第一磁性隧穿结构及第二磁性隧穿结构，并控制第一电流及第二电流的大小及方向，以使第一磁性隧穿结构及第二磁性隧穿结构组合出“11”、“10”、“01”及“00”等四种不同数据类型。因此每一磁性存储器具有二位的数据存储量，不仅减少了磁性存储器所需要占用的体积，更增加了磁性存储器的写入速度。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (34)

1.一种磁性存储器，包括：
一第一磁性隧穿结构；以及
一第二磁性隧穿结构，与该第一磁性隧穿结构电性连接，且第二磁性隧穿结构的体积小于该第一磁性隧穿结构的体积。
2.如权利要求1所述的磁性存储器，其中
该第一磁性隧穿结构包括：
一第一上磁性固定层；
一第一磁性自由层；及
一第一下磁性固定层，与该第一上磁性固定层的磁性方向相反；并且
该第二磁性隧穿结构包括：
一第二上磁性固定层；
一第二磁性自由层；及
一第二下磁性固定层，与该第二上磁性固定层的磁性方向相反。
3.如权利要求2所述的磁性存储器，其中
该第一隧穿结构还包括：
一第一上电极层，邻近设置于该第一上磁性固定层；及
一第一下电极层，邻近设置于该第一下磁性固定层，并且
该第二隧穿结构还包括：
一第二上电极层，邻近设置于该第二上磁性固定层；及
一第二下电极层，邻近设置于该第二下磁性固定层，该第一上电极层、该第一下电极层、该第二上电极层及该第二下电极层的材料为低热传导的导电性材料。
4.如权利要求3所述的磁性存储器，其中该第一上电极层、该第一下电极层、该第二上电极层及该第二下电极层的材料为金属氮化合物、金属氮氧化合物或导电陶瓷。
5.如权利要求4所述的磁性存储器，其中该第一上电极层、该第一下电极层、该第二上电极层及该第二下电极层的材料为氮化钛、氮化钽、氮氧化钛、氮氧化钽、镍酸镧或锰酸锶镧。
6.如权利要求2所述的磁性存储器，其中
该第一隧穿结构还包括：
一第一反铁磁层，邻近设置于该第一下磁性固定层；并且
该第二隧穿结构还包括：
一第二反铁磁层，邻近设置于该第二下磁性固定层，
该第一反铁磁层及该第二反铁磁层的材料为反铁磁性材料。
7.如权利要求6所述的磁性存储器，其中该第一反铁磁层及该第二反铁磁层的材料为锰化铁或锰化铂。
8.如权利要求6所述的磁性存储器，其中该第一反铁磁层及该第二反铁磁层的厚度为10～200纳米。
9.如权利要求2所述的磁性存储器，其中该第一下磁性固定层及该第二下磁性固定层的材料为单铁磁性材料、多铁磁性材料或合成铁磁性材料。
10.如权利要求9所述的磁性存储器，其中该第一下磁性固定层及该第二下磁性固定层的材料为铁化钴、铁化镍、铂化钴、铁硼化钴、铁化钴/铁化镍堆叠结构、铁化镍/铁硼化钴堆叠结构或铁硼化钴/钌/铁化钴堆叠结构。
11.如权利要求2所述的磁性存储器，其中
该第一磁性隧穿结构还包括：
一第一间隔层，设置于该第一下磁性固定层及该第一磁性自由层之间，并且
该第二磁性隧穿结构还包括：
一第二间隔层，设置于该第二下磁性固定层及该第二磁性自由层之间，该第一间隔层及该第二间隔层的材料为氧化铝或氧化镁。
12.如权利要求11所述的磁性存储器，其中该第一间隔层及该第二间隔层的厚度为0.7～3纳米。
13.如权利要求2所述的磁性存储器，其中该第一磁性自由层及该第二磁性自由层的材料为单铁磁性材料或多铁磁性材料。
14.如权利要求13所述的磁性存储器，其中该第一磁性自由层及该第二磁性自由层的材料为铁化钴、铁化镍、铂化钴、铁硼化钴、铁化钴/铁化镍堆叠结构或铁化镍/铁硼化钴堆叠结构。
15.如权利要求13所述的磁性存储器，其中该第一磁性自由层及该第二磁性自由层的厚度为1～20纳米。
16.如权利要求2所述的磁性存储器，其中该第一上磁性固定层、该第一磁性自由层及该第一磁性下固定层的宽度实质上相同。
17.如权利要求2所述的磁性存储器，其中该第二上磁性固定层、该第二磁性自由层及该第二磁性下固定层的宽度实质上相同。
18.如权利要求2所述的磁性存储器，其中该第一上磁性固定层固定于一第一磁性方向，该第一下磁性固定层固定于一第二磁性方向，该第一磁性自由层可磁化为该第一磁性方向或该第二磁性方向。
19.如权利要求2所述的磁性存储器，其中该第二上磁性固定层固定于一第一磁性方向，该第二下磁性固定层固定于一第二磁性方向，该第二磁性自由层可磁化为该第一磁性方向或该第二磁性方向。
20.如权利要求1所述的磁性存储器，其中该第二磁性隧穿结构的体积实质上小于三分之二的该第一磁性隧穿结构的体积。
21.如权利要求1所述的磁性存储器，还包括：
一第一电极层，电性连接该第一磁性隧穿结构；以及
一第二电极层，电性连接该第二磁性隧穿结构，该第一电极层及该第二电极层用以提供一电流通过该第一磁性隧穿结构及该第二磁性隧穿结构。
22.如权利要求1所述的磁性存储器，其中该第一磁性隧穿结构与该第二磁性隧穿结构串联式电性连接。
23.一种磁性存储器的制造方法，包括：
(a)提供一基板；
(c)形成一第一下磁性固定层、一第一磁性自由层、一第一上磁性固定层、一第二下磁性固定层、一第二磁性自由层及一第二上磁性固定层于该基板上；
(d)以一掩模为遮蔽物，蚀刻该第二上磁性固定层、该第二磁性自由层及该第二下磁性固定层，以形成一第二磁性隧穿结构；以及
(f)蚀刻该第一上磁性固定层、该第一磁性自由层及该第一下磁性固定层，以形成一第一磁性隧穿结构。
24.如权利要求23所述的磁性存储器的制造方法，其中在该步骤(f)之前，该制造方法还包括：
(e)形成一绝缘层以包覆该第二磁性隧穿结构的侧壁；并且在该步骤(f)中，以该绝缘物为遮蔽物，蚀刻该第一上磁性固定层、该第一磁性自由层及该第一下磁性固定层。
25.如权利要求23所述的磁性存储器的制造方法，还包括：
(g)形成一保护层以覆盖该第一磁性隧穿结构及该第二磁性隧穿结构。
26.如权利要求25所述的磁性存储器的制造方法，其中在该步骤(c)之前，该制造方法还包括：
(b)形成一第一电极层于该基板上；且
在该步骤(g)之后，该制造方法还包括：
(h)形成一第二电极层于该第二磁性隧穿结构上。
27.一种磁性存储器的写入方法，包括：
(I)提供一第一磁性隧穿结构及一第二磁性隧穿结构，该第二磁性隧穿结构的体积小于该第一磁性隧穿结构的体积；以及
(II)提供一第一电流通过一第一磁性隧穿结构及一第二磁性隧穿结构。
28.如权利要求27所述的磁性存储器的写入方法，其中该第一磁性隧穿结构具有一第一磁化临界值，该第二磁性隧穿结构具有一第二磁化临界值，在该步骤(II)中，该第一电流的绝对值介于该第一磁化临界值及该第二磁化临界值，且该第一电流由该第一磁性隧穿结构流向该第二磁性隧穿结构。
29.如权利要求27所述的磁性存储器的写入方法，其中该该第一磁性隧穿结构具有一第一磁化临界值，该第二磁性隧穿结构具有一第二磁化临界值，在该步骤(II)中，该第一电流的绝对值介于该第一磁化临界值及该第二磁化临界值，且该第一电流由该第二磁性隧穿结构流向该第一磁性隧穿结构。
30.如权利要求27所述的磁性存储器的写入方法，其中该第一磁性隧穿结构具有一第一磁化临界值，在该步骤(II)中，该第一电流的绝对值大于该第一磁化临界值，且该第一电流由该第一磁性隧穿结构流向该第二磁性隧穿结构。
31.如权利要求30所述的磁性存储器的写入方法，其中该第二磁性隧穿结构具有一第二磁化临界值，该写入方法还包括：
(III)提供一第二电流通过该第一磁性隧穿结构及该第二磁性隧穿结构，该第二电流的绝对值介于该第一磁化临界值及该第二磁化临界值，且该第二电流由该第二磁性隧穿结构流向该第一磁性隧穿结构。
32.如权利要求27所述的磁性存储器的写入方法，其中该第一磁性隧穿结构具有一第一磁化临界值，在该步骤(II)中，该第一电流的绝对值大于该第一磁化临界值，且该第一电流由该第二磁性隧穿结构流向该第一磁性隧穿结构。
33.如权利要求32所述的磁性存储器的写入方法，其中该第二磁性隧穿结构具有一第二磁化临界值，该写入方法还包括：
(III)提供一第二电流通过该第一磁性隧穿结构及该第二磁性隧穿结构，该第二电流的绝对值介于该第一磁化临界值及该第二磁化临界值，且该第二电流由该第一磁性隧穿结构流向该第二磁性隧穿结构。
34.如权利要求27所述的磁性存储器的写入方法，其中在该步骤(I)中，该第一磁性隧穿结构及一第二磁性隧穿结构串联式电性连接。
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