[发明专利]以区块为基础的快闪存储装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明是关于闪存技术，特别是关于以区块为基础快闪存储装置及其操作方法。

背景技术

电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)及闪存包括将电荷储存在通道与场效晶体管栅极之间的存储单元。所储存的电荷会影响晶体管的阈值电压，且阈值电压会根据所储存电荷改变而可以用来感测指示数据。其中一种非常惯用的电荷储存存储单元被称为一浮动栅极存储单元。在一浮动栅极存储单元中，其会储存电荷于通道与栅极之间的一导电材料层中。另一种电荷储存存储单元型态被称为一电荷捕捉存储单元，其会使用一介电层来取代浮动栅极。

此处所使用的名词”编程”是指增加晶体管阈值电压的操作。此处所使用的名词”擦除”则是指减少晶体管阈值电压的操作。此外，此处所使用的名词”写入”则是指改变晶体管阈值电压的操作，且其用意是包含增加或减少晶体管阈值电压的操作。

在一电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)装置的存储单元可以利用一字节接着一字节的方式进行数据读写，而与其它数据字节无关。然而，为了实现一字节接着一字节的方式进行数据读写，此电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的存储密度是相对低的。

闪存通常提供较电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)更高的存储密度。在一闪存装置的存储单元可以利用一字节接着一字节的方式进行编程。然而，因为此快闪存储单元的组态，擦除必须以更大的区段接着区段的方式进行，其中每一个区段包括相对较大数目的字节。因此，为了擦除一区段内的一存储单元，该区段内的所有存储单元都必须也被擦除。换句话说，闪存提供一字节接着一字节的方式进行编程，但是并无法如同电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)一般提供一字节接着一字节的方式擦除或写入。

电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)及快闪存储装置通常是作为不同的应用。一般而言，因为其较高的密度，闪存在大量数据储存应用方面是较电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)更为经济的。而电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)是在需要对小量数据进行一字节接着一字节的数据读写更为合适。

许多电子装置中同时包含有电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)及闪存，以满足此装置中不同功能的不同存储表现需求。然而，同时使用这两种型态的存储器增加了此装置的成本及复杂程度。

因为闪存无法提供一字节接着一字节的方式擦除，写入更新数据于一区段可以利用先执行一区段读取操作以记录此区段中的所有存储单元内容，之后执行一区段擦除操作以擦除此区段中的所有存储单元，之后再编程更新数据至此区段的方式进行。此方法的一个缺点是此区段中的所有存储单元需要经历一读取-擦除-编程的循环流程，即使是此区段中的仅有某些存储单元的数据被改变。且此流程也是非常耗时的。

闪存会产生一个特定的问题就是其具有有限的耐久性，此装置中的存储单元可维持其操作性及可靠性的擦除及/或编程循环的数目是有限的。因此，重复及持续地写入单一区段，或是少数的区段，会导致某些区段在相对短的时间之后变得老化并有缺陷了。

不同的”平均消耗”技术被提出以延长闪存的寿命。一种平均消耗方案是使用记录每一个区段被擦除的次数。此计数器然后被用来调整数据被映像至个别的区段中，以平衡其消耗。可参阅美国专利第6,000,006、5,485,595和5,341,339号专利。

虽然使用计数器可以延长快闪存储装置的寿命，然而有限的读取/写入耐久性问题仍会限制闪存在需要较多次数编程及擦除操作的应用。

另一种平均消耗方案是将更新数据写入快闪存储装置中的没有使用的实体位置，而不是重新覆盖原本的数据位置。如此会减少快闪存储装置中的一给定写入操作时的区段擦除操作数目。可参阅美国专利第5,845,313和6,115,785号专利。

为了追踪数据的实际位置改变，可以使用可编程的映像表或是地址转译表。可编程的映像表储存由一外部系统所指示的逻辑地址与包含有效数据的快闪存储装置实体地址之间的映像信息。为了正确地追踪有效数据的实际位置，此可编程的映像表在操作时必须被更新。

为了确保有效数据被保持，此映像信息必须在中断电源时被保持。然而，因为此可编程的映像地址转译表被持续地更新，储存此映像信息于闪存中会减少此装置的寿命。因为闪存相对慢的擦除速度，如此会严重地影响使用闪存的装置的表现。此可编程的映像地址转译表或许可以替代地储存在此装置中的另一个非易失存储器电路内。然而，也会增加了此装置的成本及复杂程度。