[发明专利]具有附属文件系统的多堆非易失性存储器系统

说明书

技术领域

本申请涉及诸如半导体闪存的可重编程非易失性存储器系统的操作，且更具体地，涉及使用多个堆的结构的这种系统的管理。

背景技术

能够非易失性地存储电荷的固态存储器、尤其是被包装为小形状因子卡的EEPROM和快闪EEPROM的形式，近来已经变为在各种移动和手持设备、特别是信息用具和消费者电子产品中的存储的选择。不像也是固态存储器的RAM(随机存取存储器)，闪存是非易失性的，且即使在掉电之后也维持其存储的数据。而且，不像ROM(只读存储器)，闪存是可重写的，类似于盘存储设备。尽管有较高的成本，闪存也逐渐用于大容量存储应用。基于诸如硬盘驱动器和软盘的旋转磁介质的传统大容量存储器不适用于移动和手持环境。这是因为盘驱动器趋于有大的体积，因此易于机械故障，且具有高延迟时间和高功率需求。这些不期望的属性使得基于盘的存储器在大多数移动和便携应用中不实际。另一方面，嵌入式和可移除卡的形式的闪存都由于其小尺寸、低功耗、高速度和高可靠性特性而理想地适用于移动和手持环境。

闪速EEPROM类似于EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)之处在于其是可以被擦除且使得新数据写入或″编程″到其存储器单元中的非易失性存储器。两者都使用位于在源极和漏极区域之间的半导体衬底中的沟道区域上以场效应晶体管结构的浮置(未连接)导电栅极。然后，在浮置栅极上提供控制栅极。晶体管的阈值电压特性受浮置栅极上保留的电荷量控制。也就是说，对于在浮置栅极上的给定的电荷电平，存在在晶体管″导通″以允许在其源极和漏极区域之间导电之前必须施加到该控制栅极的对应电压(阈值)。具体地，诸如闪速EEPROM的闪存允许同时擦除存储器单元的全部多个块。

浮置栅极可以保持一个电荷范围，且因此可以被编程到阈值电压窗内的任何阈值电压电平。通过该器件的最小和最大阈值电平来划界阈值电压窗的尺寸，这转而对应于可以被编程到浮置栅极上的该电荷范围。该阈值窗通常取决于存储器器件的特征、操作条件和历史。在该窗内的每个不同、可分解的阈值电压电平范围可以原则上用于指定该单元的明确的存储器状态。

用作存储器单元的晶体管通常被两个机制之一编程到″已编程″状态。在″热电子注入″中，施加到漏极的高电压加速电子跨过衬底沟道区域。同时，施加到控制栅极的高电压将热电子拉过薄栅极电介质到浮置栅极上。在″遂穿注入″中，相对于衬底向控制栅极施加高电压。以此方式，将电子从衬底拉到中间的浮置栅极。虽然历史上已经使用术语“编程”来描述通过向存储器单元的初始擦除的电荷存储单元注入电子以便改变存储器状态来向存储器中写，但是现在已经与诸如″写″或″记录″的更多通用术语可互换使用。

该存储器器件可以被多个机制擦除。对于EEPROM，存储器单元可通过相对于控制栅极向衬底施加高电压以便诱使浮置栅极中的电子遂穿过薄氧化物到衬底沟道区域(即，Fowler-Nordheim遂穿)而被电擦除。通常，EEPROM可逐字节擦除。对于快闪EEPROM，该存储器可一次全部或一次一个或多个最小可擦除块地被电擦除，其中，最小可擦除块可以由一个或多个扇区构成，且每个扇区可以存储512字节或更多的数据。

该存储器器件通常包括可以被安装到卡上的一个或多个存储器芯片。每个存储器芯片包括由诸如解码器和擦除、读和写电路的外围电路支持的存储器单元的阵列。更复杂的存储器器件具有进行智能且较高级存储器操作和接口连接(interfacing)的控制器。