[发明专利]非易失性存储器和用于高速缓存页复制的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及非易失性半导体存储器，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和快闪EEPROM，且具体地说，涉及基于锁存结构在存储器操作中的有效利用的高速缓存操作，例如将页从一个存储器位置复制到另一存储器位置。 

背景技术

能够非易失性地存储电荷的固态存储器(尤其是呈经封装为小型卡的EEPROM和快闪EEPROM的形式)近来已成为多种移动和手持式装置(特别是信息器具和消费型电子产品)中的精选存储装置。不同于同样作为固态存储器的RAM(随机存取存储器)，快闪存储器是非易失性的，且即使在电源被切断之后仍保留其所存储的数据。尽管成本较高，但快闪存储器正越来越多地用于大容量存储应用中。基于例如硬盘驱动器和软盘等旋转式磁性媒体的常规大容量存储装置并不适合于移动和手持式环境。这是因为磁盘驱动器往往体积庞大，易于遭受机械故障，且具有高等待时间和高功率要求。这些不良属性使得基于磁盘的存储在大多数移动和便携式应用中不能实行。另一方面，嵌入式和呈可移除式卡的形式两者的快闪存储器由于其小尺寸、低功率消耗、高速度和高可靠性特征而理想地适合于移动和手持式环境中。 

EEPROM和电可编程只读存储器(EPROM)是可经擦除的非易失性存储器且使新数据写入或“编程”到其存储器单元中。所述两者均在场效应晶体管结构中利用浮动(未连接)导电栅极，其定位于半导体衬底中的沟道区上方在源极区与漏极区之间。接着在浮动栅极上方提供控制栅极。晶体管的阈值电压特性由保留于浮动栅极上的电荷量来控制。也就是说，对于浮动栅极上的给定电荷电平，存在必须在“接通”晶体管以准许在其源极区与漏极区之间进行导电之前施加到控制栅极的对应电压(阈值)。 

浮动栅极可保持一电荷范围且因此可被编程到阈值电压窗内的任何阈值电压电平。阈值电压窗的大小由装置的最小和最大阈值电平定界，所述最小和最大阈值电平又对应于可编程到浮动栅极上的电荷的范围。阈值窗大体上依据存储器装置的特性、操作条件和历史而定。所述窗内的每一截然不同的可解析阈值电压电平范围原则上可用以指定单元的明确存储器状态。当将阈值电压分割为两个截然不同区时，每一存储器单元将能够存储一个数据位。类似地，当将阈值电压窗分割为两个以上截然不同区时，每一存储器 单元将能够存储一个以上数据位。 

在通常的二状态EEPROM单元中，建立至少一个电流断点电平以便将导电窗分割为两个区。当通过施加预定的固定电压来读取单元时，其源极/漏极电流通过与所述断点电平(或参考电流IREF)比较而经解析为一存储器状态。如果所读取的电流高于断点电平的电流，则确定所述单元处于一个逻辑状态(例如，“零”状态)。另一方面，如果所述电流小于断点电平的电流，则确定所述单元处于另一逻辑状态(例如，“一”状态)。因此，此二状态单元存储一个数字信息位。经常提供可外部编程的参考电流源作为存储器系统的一部分以产生断点电平电流。 

为了增加存储器容量，随着半导体技术的状态前进，快闪EEPROM装置正被制造成具有越来越高的密度。用于增加存储容量的另一方法是使每一存储器单元存储两个以上状态。 

对于多状态或多电平EEPROM存储器单元来说，通过一个以上断点将导电窗分割为两个以上区，使得每一单元能够存储一个以上数据位。给定EEPROM阵列可存储的信息因此随每一单元可存储的状态的数目而增加。具有多状态或多电平存储器单元的EEPROM或快闪EEPROM已在第5,172,338号美国专利中描述。 

通常通过两个机制中的一者将充当存储器单元的晶体管编程到“经编程”状态。在“热电子注入”中，施加到漏极的高电压加速电子越过衬底沟道区。同时，施加到控制栅极的高电压将热电子牵拉穿过薄栅极电介质到达浮动栅极上。在“隧穿注入”中，相对于衬底将高电压施加到控制栅极。以此方式，将电子从衬底牵拉到居间的浮动栅极。 

可通过多个机制来擦除存储器装置。对于EPROM来说，可通过用紫外线辐射从浮动栅极移除电荷来成批地擦除存储器。对于EEPROM来说，可通过相对于控制栅极将高电压施加到衬底以便诱发浮动栅极中的电子隧穿通过薄氧化物到达衬底沟道区(即，福勒-诺德海姆隧穿(Fowler-Nordheim tunneling))来电擦除存储器单元。通常，可逐个字节地擦除EEPROM。对于快闪EEPROM来说，可同时或一次一个或一个以上区块地电擦除存储器，其中一区块可由512个字节或更多的存储器组成。