(57)【要約】【課題】単一の半導体基板に複数の水晶発振回路が搭載される場合、発振周波数それぞれの相互干渉を低減させて高精度な発振周波数を実現し、かつ、チップサイズの小型化を実現する。【解決手段】素子形成層（１０４ａ，１０４ｂ）には互いに異なる発振周波数の発振信号を出力するように構成された複数の水晶発振回路（１０，２０）が形成されるとともに、複数の水晶発振回路（１０，２０）それぞれがトレンチ構造（１００，１０１）によって互いに電気的に分離されるように配置されている。素子形成層（１０４ａ，１０４ｂ）には複数の水晶発振回路（１０，２０）それぞれの発振周波数を合成する混合器（３０）が形成されるとともに、混合器（３０）はトレンチ構造（１００）を介して複数の水晶発振回路（１０，２０）それぞれとは電気的に分離されるように配置されている。【選択図】図３
2012205180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、互いに異なりかつ互いに合成される発振周波数の発振信号を出力するように構成された複数の水晶発振回路と、
前記半導体基板に前記複数の水晶発振回路を互いに電気的に分離するように形成されたトレンチ構造と、を備える発振システム。
【請求項２】
前記トレンチ構造は、それぞれの前記水晶発振回路を囲むように形成されたトレンチと、当該トレンチを埋めてなる絶縁体とを備える、請求項１に記載の発振システム。
【請求項３】
前記半導体基板には前記複数の水晶発振回路それぞれの発振周波数を合成する混合器が形成されるとともに、当該混合器は前記トレンチ構造によって前記複数の水晶発振回路それぞれとは電気的に分離されている、請求項１に記載の発振システム。
【請求項４】
前記水晶発振回路は、
その入力端とその出力端との間に水晶振動子が接続される反転増幅器と、
前記反転増幅器の入力端と出力端との間に接続された第１の帰還抵抗と、
前記反転増幅器の入力端と出力端との間に互いに接続され、かつ互いを接続するノードがグランド電位に維持される第１の帰還容量及び第２の帰還容量と、
を備える、請求項１に記載の発振システム。
【請求項５】
前記水晶発振回路は、
前記第１の帰還抵抗と並列に接続され、かつ互いに直列に接続された第２の帰還抵抗及び第１のスイッチング素子と、
前記反転増幅器の入力端とグランドとの間に互いに直列に接続された第１の固定容量及び第２のスイッチング素子と、
前記反転増幅器の出力端とグランドとの間に互いに直列に接続された第２の固定容量及び第３のスイッチング素子とを更に有し、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子とは相補的にオンオフされるように構成され、
さらに、一の前記水晶発振器において前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子とは相補的にオンオフされる時、その他の前記水晶発振器においても、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子とが相補的にオンオフされるように構成されている、請求項４に記載の発振システム。
【請求項６】
前記複数の水晶発振回路をそれぞれ構成する回路素子は、同一の機能の回路素子同士が対称性を有するように配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発振システム。
【請求項７】
前記複数の水晶発振回路それぞれが前記トレンチ構造を介して隣り合うように配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発振システム。
【請求項８】
前記複数の水晶発振回路それぞれに含まれる抵抗及び容量が、前記トレンチ構造を介して隣り合うように配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発振システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度な発振周波数偏差とエージング特性を必要とする基地局や小型基地局向けの発振器に関し、特に、複数の水晶発振回路を搭載し、各々の発振周波数を合成して得られる高精度な合成周波数を出力する発振システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高い通話品質と高エージング（経年変化）特性が求められる基地局向けの発振器やフェムトセルに代表される小型基地局向けの発振器において、新たに小型化や低消費電力化が求められている。なお、現在、基地局向けの発振器としては、周波数精度が高い理由で、ＯＣＸＯ（Oven Controlled Xtal Oscillator）が幅広く使用されている。例えば、特許文献１には、低消費電力化や電源電圧変動に対する周波数変動の抑制のために、電圧レギュレータで温度補償型水晶発振回路を駆動することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６１２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のＯＣＸＯは、基地局の小型化に向けて、その大きさ及びその消費電力の面で依然として課題があった。そこで、単一の半導体基板に複数の水晶発振回路を搭載し、複数の水晶発振回路それぞれの発振周波数を合成することで各々の絶対的な誤差が相殺されて高精度な発振周波数を実現する発振システムが考えられている。このような発振システムによれば、従来のＯＣＸＯと比較して、チップサイズを大幅に低減させ、さらに低消費電力化を図ることができる。
【０００５】
なお、単一の半導体基板に複数の水晶発振回路が形成される場合、通常のＰＮ接合分離型のＬＳＩプロセスを用いて、複数の水晶発振回路それぞれを半導体基板領域及びＰ型半導体分離領域によって電気的に分離させる対策が考えられている。しかしながら、このようなＰＮ接合分離型のＬＳＩプロセスを用いた分離方法によれば、異なる水晶発振回路間において形成される寄生容量の直列合成容量の容量値が大きくなり、各々の発振周波数の相互干渉が悪化するという問題が起こり得るため、高精度な発振周波数を実現する発振回路を構築することが困難である。そこで、複数の水晶発振回路それぞれの間の物理的な距離を、各々の発振周波数の相互干渉が問題にならないレベルにまで長くする対策が考えられる。しかしながら、この対策では、複数の水晶発振回路それぞれの間の物理的な距離を長くすることに伴って、チップサイズが増加するという別の問題が生じてしまう。
【０００６】
また、複数の水晶発振回路それぞれに含まれる回路素子間の相対的なミスマッチ（性能ばらつき）が、合成周波数の精度を決める重要なファクターである。このため、複数の水晶発振回路それぞれの間の物理的な距離を長くすることに伴って、該複数の水晶発振回路それぞれに含まれる抵抗や容量が半導体基板に配置される位置が互いに近傍の位置とはならず、それらの抵抗や容量の性能ばらつきを増長させる結果となり、合成周波数の精度の悪化を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するものであり、単一の半導体基板に搭載される複数の水晶発振回路それぞれを適切に電気的に分離させることで、該複数の水晶発振回路の発振周波数それぞれの相互干渉を低減させることで高精度な発振周波数（合成周波数）を実現し、かつ、チップサイズの小型化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、本発明の一つの形態(aspect)に係る発振システムは、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、互いに異なりかつ互いに合成される発振周波数の発振信号を出力するように構成された複数の水晶発振回路と、前記半導体基板に前記複数の水晶発振回路を互いに電気的に分離するように形成されたトレンチ構造と、を備えるものである。
以上の発振システムにおいて、前記トレンチ構造は、それぞれの前記水晶発振回路を囲むように形成されたトレンチと、当該トレンチを埋めてなる絶縁体とを備える、としてもよい。
以上の発振システムにおいて、前記半導体基板には前記複数の水晶発振回路それぞれの発振周波数を合成する混合器が形成されるとともに、当該混合器は前記トレンチ構造によって前記複数の水晶発振回路それぞれとは電気的に分離されている、としてもよい。
これらの構成によれば、例えば、半導体基板が順に基盤、基盤分離層、及び素子形成層を備え、当該素子形成層に複数の水晶発振回路が形成されている場合、トレンチ構造を介して隣り合う２つの水晶発振回路間に形成される寄生容量は、一方の水晶発振回路に対応する素子形成層と基盤分離層との間の寄生容量及び基盤分離層と基盤との間の寄生容量と、他方の水晶発振回路に対応する素子形成層と基盤分離層との間の寄生容量及び基盤分離層と基盤との間の寄生容量と、が直列に接続された直列合成容量が支配的となる。このため、この直列合成容量を、ＰＮ接合分離型のＬＳＩプロセスを用いて当該２つの水晶発振回路を電気的に分離させた場合の直列合成容量と比較した場合、その容量値が低減されている。この結果、一方の水晶発振回路の発振周波数と他方の水晶発振回路の発振周波数との相互干渉が抑制され、それぞれの発振周波数を高精度に保つことができ、ひいては合成周波数の精度を向上することができる。また、直列合成容量の容量値が低減されているので、一方の水晶発振器と他方の水晶発振器との間の距離を短くすることができるので、チップサイズの小型化を図ることが容易となる。
【０００９】
前記水晶発振回路は、その入力端とその出力端との間に水晶振動子が接続される反転増幅器と、前記反転増幅器の入力端と出力端との間に接続された第１の帰還抵抗と、前記反転増幅器の入力端と出力端との間に互いに接続され、かつ互いを接続するノードがグランド電位に維持される第１の帰還容量及び第２の帰還容量と、を備える、としてもよい。
この構成によれば、複数の水晶発振回路それぞれが同一の構成で実現されており、複数の発振周波数それぞれの精度を均一化することができ、ひいては合成周波数の精度を向上することができる。
【００１０】
前記水晶発振回路は、前記第１の帰還抵抗と並列に接続され、かつ互いに直列に接続された第２の帰還抵抗及び第１のスイッチング素子と、前記反転増幅器の入力端とグランドとの間に互いに直列に接続された第１の固定容量及び第２のスイッチング素子と、前記反転増幅器の出力端とグランドとの間に互いに直列に接続された第２の固定容量及び第３のスイッチング素子とを更に有し、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子とは相補的にオンオフされるように構成され、さらに、一の前記水晶発振器において前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子とは相補的にオンオフされる時、その他の前記水晶発振器においても、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子とが相補的にオンオフされるように構成されている、としてもよい。
この構成によれば、複数の水晶発振回路それぞれに含まれる第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子が同期して同様にオンオフすることになるので、例えば、ある１つの水晶発振回路において基本波発振周波数又はオーバートーン発振周波数が選択的に切替えられている場合（発振周波数の変動が大きい場合）、その他の水晶発振回路において同様に発振周波数が切替えられず、多大な影響を与えるような状況を未然に防止できる。
【００１１】
前記複数の水晶発振回路をそれぞれ構成する回路素子は、同一の機能の回路素子同士が対称性を有するように配置されている、としてもよい。
この構成によれば、同一の機能の回路素子同士の相対的なミスマッチ（性能ばらつき）を抑制することができ、各発振周波数の精度を均一化することができ、ひいては混合器で得られる合成周波数の精度を向上させることができる。
【００１２】
前記複数の水晶発振回路それぞれが前記トレンチ構造を介して隣り合うように配置されている、としてもよい。
【００１３】
この構成によれば、複数の水晶発振回路それぞれの回路素子間の相対的なミスマッチ（性能ばらつき）を抑制することができ、各発振周波数の精度を均一化することができ、ひいては混合器で得られる合成周波数の精度を向上させることができる。
【００１４】
前記複数の水晶発振回路それぞれに含まれる抵抗及び容量が、前記トレンチ構造を介して隣り合うように配置されている、としてもよい。
この構成によれば、複数の水晶発振回路それぞれに含まれる抵抗及び容量間の相対的なミスマッチ（性能ばらつき）を抑制することができ、各発振周波数の精度を均一化することができ、ひいては混合器で得られる合成周波数の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体基板に形成される複数の水晶発振回路の間にトレンチ構造を形成して該水晶発振回路それぞれを電気的に分離させることで、複数の発振周波数それぞれの相互干渉を低減させて高精度な合成周波数を実現することができ、かつチップサイズの小型化を実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る発振システムの構成例を示したブロック図である。
【図２】図２は比較形態１に係る発振システムの構成を示したブロック図である。
【図３】図３は図１に示す発振システムの断面構造例を示した図である。
【図４】図４は図２に示す発振システムの断面構造を示した図である。
【図５】図５は図１に示す発振システムの発振周波数ｆ２及び図２に示す発振システムの発振周波数ｆ２の時間的推移を表した波形図である。
【図６】図６は図１に示す発振システムの合成周波数ｆ３及び図２に示す発振システムの合成周波数ｆ３の時間的推移を表した波形図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態２に係る発振システムの構成例を示したブロック図である。
【図８】図８は比較形態２に係る発振システムの構成を示したブロック図である。
【図９】図９は図７、図８に示す発振システムの発振周波数ｆ１の態様を表した図である。
【図１０】図１０は図７、図８に示す発振システムの発振周波数ｆ２の態様を表した図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態３に係る発振システムのレイアウト構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
［発振システムの構成例］
図１は、本発明の実施の形態１に係る発振システムの構成例を示したブロック図である。
【００１９】
図１に示すように、実施の形態１の発振システムは、１つの半導体基板１１０に２つの水晶発振回路１０，２０（水晶振動子１２，２２は外付け）及び混合器３０が搭載されるように構成されている。
【００２０】
水晶発振回路１０は、反転増幅器１１と、反転増幅器１１の入力端と出力端との間に並列に接続された水晶振動子１２及び帰還抵抗１３と、反転増幅器１１の入力端と出力端との間に互いに接続され、かつ互いを接続するノードがグランド電位に維持される２つの帰還容量１４，１５と、を備えている。
【００２１】
水晶発振回路２０は、水晶発振回路１０と同様の構成である。つまり、反転増幅器２１と、反転増幅器２１の入力端と入力端との間に並列に接続された水晶振動子２２と帰還抵抗２３と、反転増幅器２１の入力端と出力端との間に互いに接続され、かつ互いを接続するノードがグランド電位に維持される２つの帰還容量２４，２５と、を備えている。但し、水晶振動子２２は水晶振動子１２とは共振周波数が異なっている。また、帰還抵抗２３は帰還抵抗１３とは異なる抵抗値を持っている。帰還容量２４，２５は帰還容量１４，１５とは異なる容量値を持っている。
【００２２】
以上の構成により、水晶発振回路１０は、反転増幅器１１から発振周波数ｆ１の発振信号を出力し、水晶発振回路２０は、反転増幅器２１から発振周波数ｆ１とは異なる発振周波数ｆ２の発振信号を出力する。
【００２３】
混合器３０は、水晶発振回路１０の発振信号（発振周波数ｆ１）と水晶発振回路２０の発振信号（発振周波数ｆ２）とが入力され、各発振周波数ｆ１，ｆ２の差である合成周波数ｆ３の発振信号を生成するように構成されている。なお、合成周波数ｆ３の発振信号は、発振システムの後段のロジック回路で構成された信号処理システムにおいて利用される。
【００２４】
［発振システムの断面構造例］
図３は、本発明の実施の形態１に係る発振システムの断面構造例を示した図である。なお、図３において、一方の水晶発振回路１０から他方の水晶発振回路２０へと向う方向をＸ方向とし、半導体基板１１０の厚み方向をＹ方向とする。
【００２５】
水晶発振回路１０の断面構造は、図３のＹ方向に沿って、例えば、Ｐ型の半導体基板１１０の基部である基盤１０２と、基盤１０２上にＮ型不純物が高濃度に拡散されるように形成された高濃度のＮ型の基盤分離層（埋め込み層）１０３ａと、基盤分離層１０３ａ上にエピタキシャル成長等により形成されたＮ型の素子形成層１０４ａとを備えている。なお、素子形成層１０４ａは、水晶発振回路１０を構成する回路素子を形成するために設けられた層である。また、素子形成層１０４ａと基盤１０２との間に基盤分離層１０３ａが形成されることによって、素子形成層１０４ａにおいて形成された水晶発振回路１０が半導体基板１１０の基盤１０２とは電気的に分離されている。なお、この半導体基板１１０の断面構造は一例であり、これには限定されない。半導体基板１１０として、種々の断面構造の半導体基板を用いることができる。
【００２６】
同様に、水晶発振回路２０の断面構造は、図３のＹ方向に沿って、Ｐ型の半導体基板１１０の基部である基盤１０２と、基盤１０２上にＮ型不純物が高濃度に拡散されるように形成された高濃度のＮ型の基盤分離層（埋め込み層）１０３ｂと、基盤分離層１０３ｂ上にエピタキシャル成長等により形成されたＮ型の素子形成層１０４ｂとを備えている。なお、素子形成層１０４ｂは、水晶発振回路２０を構成する回路素子を形成するために設けられた層である。また、基盤分離層１０３ｂが素子形成層１０４ｂと基盤１０２との間に形成されることによって、素子形成層１０４ｂにおいて形成された水晶発振回路２０が半導体基板１１０の基盤１０２と電気的に分離される。
さらに、半導体基板１１０に２つの水晶発振回路１０，２０を互いに電気的に分離するようにトレンチ構造が形成されている。なお、トレンチ構造は、それぞれの水晶発振回路１０，２０を囲むように形成されたトレンチ１００と、このトレンチ１００を埋めてなる絶縁体１０１とを備える。絶縁体１０１の材質は例えばＳｉＯ２である。トレンチ構造は、２つの水晶発振回路１０，２０を互いに電気的に分離できればよく、この構造には限定されない。例えば、トレンチ１００は、一体的なものに限られず、それぞれの水晶発振回路１０，２０を完全に取り囲むように複数設けられてもよい。また、トレンチ１００は、それぞれの水晶発振回路１０，２０の周囲の一部を囲むように形成されてもよい。また、トレンチ１００の深さ及び幅は、半導体基板１１０の断面構造に応じて、２つの水晶発振回路１０，２０を互いに電気的に分離できる態様のものであればよい。なお、本実施の形態では、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との境界部に設けられたトレンチ１００のＸ方向の幅ｄ１は４．５μｍである。
素子形成層１０４ａに形成された水晶発振回路１０と素子形成層１０４ｂに形成された水晶発振回路２０との間がこのトレンチ構造によって電気的に分離されている。具体的には、トレンチ１００は、素子形成層（１０４ａ，１０４ｂ）、基盤分離層（１０３ａ，１０３ｂ）、及び半導体基板１０２の一部を掘削する（切り欠く）ように形成されている。なお、このようなトレンチ１００としては、シリコンウエハ上にフォトレジスト（樹脂）を塗布し、酸化膜や金属膜などを物理的または化学的にエッチングする工程により形成されるディープトレンチ（深い溝）を採用することができる。
混合器３０は、上記のトレンチ構造を介して水晶発振回路１０，２０それぞれとは電気的に分離されるように配置されている。これにより、混合器３０における発振周波数ｆ１と発振周波数ｆ２との相互干渉が確実に防止できる。
【００２７】
以上のような断面構造において、水晶発振回路１０の回路素子が形成された素子形成層１０４ａと水晶発振回路２０の回路素子が形成された素子形成層１０４ｂとの間では、トレンチ構造の下部を回り込むように寄生容量３，４，５，６を介した電流経路が形成される。なお、寄生容量３は、素子形成層１０４ａと基盤分離層１０３ａとの間に形成される容量のことであり、寄生容量４は基盤分離層１０３ａと基盤１０２との間に形成される容量のことであり、寄生容量５は素子形成層１０４ｂと基盤分離層１０３ｂとの間に形成される容量のことであり、寄生容量６は基盤分離層１０３ｂと基盤１０２との間に形成される容量のことである。ここで、寄生容量３の容量値をＣｐ３、寄生容量４の容量値をＣｐ４、寄生容量５の容量値をＣｐ５、寄生容量６の容量値をＣｐ６と表すと、直列に接続された寄生容量３，４，５，６の直列合成容量の容量値Ｃｐｃ１は、次式により表わされる。
Ｃｐｃ１＝１／（１／Ｃｐ３＋１／Ｃｐ４＋１／Ｃｐ５＋１／Ｃｐ６）・・・式（１）
なお、水晶発振回路１０を形成する素子形成層１０４ａと水晶発振回路２０を形成する素子形成層１０４ｂとの間においても、寄生容量１’、トレンチ１００を埋めてなる絶縁体１０１、及び寄生容量２’を介した電流経路が形成されている。但し、これらの寄生容量１’，２’は、絶縁体１０１のＸ方向の幅ｄ１が短い等の理由により、寄生容量３乃至６よりもその容量値が極めて小さいので、寄生容量３，４，５，６の直列合成容量が支配的な大きさとなっており、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との間に形成される寄生容量の直列合成容量の算出に際して寄生容量１’，２’は考慮に入れていない。
［比較形態１との対比］
ここで、図１、図３に示した本発明の実施の形態１に係る発振システムの特徴を述べるにあたり、図２、図４を用いて図１、図３に示した発振システムと対比させる比較形態１に係る発振システムを説明する。
【００２８】
図２は、比較形態１に係る発振システムの構成を示したブロック図である。図４は、図２に示す発振システムの断面構造を示した図である。図２、図４に示す発振システムは、図１、図３に示す発振システムと同様に、１つの半導体基板１１０’上に２つの水晶発振回路１０’，２０’及び混合器３０’が搭載されるように構成されている。但し、図２、図４に示す発振システムにおいて、ＰＮ接合分離によって水晶発振回路１０’と水晶発振回路２０’を電気的に分離している点が、図１、図３に示す発振システムとは異なっている。
【００２９】
図４によれば、水晶発振回路１０’の断面構造は、図４のＹ方向に沿って、Ｐ型の半導体基板１１０’の基盤１０２’と、基盤１０２’上にＮ型不純物が高濃度に拡散されるように形成された高濃度のＮ型の基盤分離層１０３ａ’と、基盤分離層１０３ａ’上にエピタキシャル成長等により形成されたＮ型の素子形成層１０４ａ’とを備えている。なお、素子形成層１０４ａ’は、水晶発振回路１０’を構成する回路素子を形成するために設けられた層である。水晶発振回路２０’の断面構造は、図４のＹ方向に沿って、Ｐ型の半導体基板１１０’の基盤１０２’と、基盤１０２’上に形成されたＮ型不純物が高濃度に拡散されように形成されたＮ型の基盤分離層１０３ｂ’と、基盤分離層１０３ｂ’上にエピタキシャル成長等により形成されたＮ型の素子形成層１０４ｂ’とを備えている。なお、素子形成層１０４ｂ’において水晶発振回路２０’を構成する回路素子が形成されている。
【００３０】
水晶発振回路１０’及び水晶発振回路２０’の周囲には、ＰＮ接合分離のために、Ｐ型の分離層２００が形成されており、この分離層２００によって水晶発振回路１０’と水晶発振回路２０’との間が電気的に分離されている。なお、水晶発振回路１０’と水晶発振回路２０’との境界に設けられた分離層２００のＸ方向の幅ｄ２は例えば１．０μｍである。
【００３１】
比較形態１において、水晶発振回路１０’を形成する素子形成層１０４ａ’と水晶発振回路２０’を形成する素子形成層１０４ｂ’との間で、寄生容量１、分離層２００、及び寄生容量２を介した電流経路が形成されている。寄生容量１は、素子形成層１０４ａ’と分離層２００との間のＰＮ接合によって発生する容量のことであり、寄生容量２は、素子形成層１０４ａ’と分離層２００との間のＰＮ接合によって発生する容量のことである。ここで、寄生容量１の容量値をＣｐ１、寄生容量２の容量値をＣｐ２と表したとき、直列に接続された寄生容量１、２の直列合成容量の容量値Ｃｐｃ２は、次式により表わされる。
Ｃｐｃ２＝１／（１／Ｃｐ１  ＋  １／Ｃｐ２）・・・式（２）
なお、比較形態１においても、本発明の実施の形態１と同様に、水晶発振回路１０’の回路素子が形成された素子形成層１０４ａ’と水晶発振回路２０’の回路素子が形成された素子形成層１０４ｂ’との間では、寄生容量３’，４’，５’，６’を介した電流経路が形成されている。但し、これらの寄生容量３’，４’，５’，６’は、分離層２００のＸ方向の幅ｄ２が長い等の理由により、寄生容量１、２よりもその容量値が極めて小さいので、寄生容量１、２の容量値が支配的な大きさとなっており、水晶発振回路１０’と水晶発振回路２０’との間に形成される寄生容量の直列合成容量の容量値Ｃｐｃ２の算出に際して寄生容量３’乃至６’は考慮に入れていない。
【００３２】
ここで、本発明の実施の形態１における式（１）で表される直列合成容量の容量値Ｃｐｃ１と比較形態１における式（２）で表される直列合成容量の容量値Ｃｐｃ２とを比較する。寄生容量１乃至６（１’乃至６’）の容量値それぞれが仮に同一の容量値であるとすると、式（１）で表される直列合成容量の容量値Ｃｐｃ１は、式（２）で表される比較形態１の直列合成容量の容量値Ｃｐｃ２の半分になることが分かる。
【００３３】
言い換えると、本発明の実施の形態１に係る発振システムによれば、比較形態１の発振システムと比べて、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との間に形成される寄生容量の直列合成容量の容量値Ｃｐｃ１が低減されており、この結果、水晶発振回路１０の発振周波数ｆ１と水晶発振回路２０の発振周波数ｆ２との相互干渉が抑制される。従って、発振周波数ｆ１，ｆ２それぞれの精度を高精度に保つことができ、ひいては発振周波数ｆ１，ｆ２を合成して得られる発振周波数差（合成周波数）の精度を向上することができる。
【００３４】
つぎに、図５、図６を用いて、本発明の実施の形態１及び比較形態１それぞれのシミュレーション結果を対比して説明する。
【００３５】
図５は、水晶発振回路１０の発振周波数ｆ１を基準とした、図１に示す水晶発振回路２０の発振周波数ｆ２、及び図２に示す水晶発振回路２０’の発振周波数ｆ２の時間的推移を表した波形図である。図５では、図２に示す水晶発振回路２０’は規定の８０ＭＨｚから＋２００ｐｐｂ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｂｉｌｌｉｏｎ）相対的にズレた発振周波数ｆ２で発振しているが、図１に示す水晶発振回路２０は規定の８０ＭＨｚから＋２００ｐｐｂよりも小さい＋１００ｐｐｂ相対的にズレた発振周波数ｆ２で発振していることを表している。
【００３６】
図６は、規定の合成周波数ｆ３を基準とした、図１に示す発振システムの合成周波数ｆ３、及び図２に示す発振システムの合成周波数ｆ３の時間的推移を表した波形図である。図６では、図２に示す発振システムは規定の２ＭＨｚから＋２００ｐｐｂ相対的にズレた合成周波数ｆ３の発振信号を出力しているが、図１に示す発振システムは規定の２ＭＨｚから＋２００ｐｐｂよりも小さい＋１００ｐｐｂ相対的にズレた合成周波数ｆ３の発振信号を出力していることを表している。
【００３７】
図５、図６に示されるように、本発明の実施の形態１と比較形態１のどちらの場合であっても、一方の水晶発振回路（１０，１０’）と他方の水晶発振回路（２０，２０’）との間の寄生容量の直列合成容量を介して、発振周波数ｆ２が発振周波数ｆ１の影響を受けて、規定の８０ＭＨｚから微小なズレを引き起こしている。この結果として、発振周波数ｆ１と発振周波数ｆ２とを合成して得られる合成周波数ｆ３（発振周波数ｆ１と発振周波数ｆ２との差）においても同量のズレが引き起こされ、このような合成周波数ｆ３の発振信号が後段の信号処理システムへと入力されることになる。
【００３８】
ここで、比較形態１の場合、キャパシタの容量値は一般的に距離に反比例（＝比例定数／距離）することが知られているので、分離層２００のＸ方向の幅ｄ２を長くすれば（以上の例では４．５μｍ）、寄生容量１の容量値Ｃｐ１及び寄生容量２の容量値Ｃｐ２が減少するとともに、式（２）で表された直列合成容量の容量値Ｃｐｃ２が減少することになる。しかし、分離層２００の幅ｄ２を長くすることにより、同一の半導体基板１０２上における水晶発振回路１０及び水晶発振回路２０の各回路素子の配置の位置が異なってくるので、同一の機能の回路素子であっても特性上の相対的なミスマッチが生じることになり、発振周波数ｆ１に対する発振周波数ｆ２のズレ、ひいては合成周波数ｆ３のズレが大きくなる。
これに対し、本発明の実施の形態１の場合、比較形態１と対比して、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との間に寄生的に形成される直列合成容量の容量値が低減されているので（図５、図６の例では、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との間の寄生容量の直列合成容量が１／２に低減されている）、トレンチ構造のＸ方向の幅ｄ１を抑えることができる（以上の例では１．０μｍ）。そして、比較形態１の構造の合成周波数ｆ３のズレであった＋２００ｐｐｂから＋１００ｐｐｂにまで低減することができ、このような合成周波数ｆ３の発振信号を後段の信号処理システムに供給可能となる。
［変形例］
以上の説明では、単一の半導体基板１１０上に２つの水晶発振回路１０，２０が搭載された例を示したが、互いに異なる発振周波数の発振信号を出力するように構成された３つ以上の水晶発振回路が搭載されてもよい。この場合、３つ以上の水晶発振回路それぞれが絶縁体１０１が埋め込まれたトレンチ１００（すなわち、トレンチ構造）によって電気的に分離されることになる。
また、混合器３０において生成される合成周波数ｆ３は、２つの水晶発振回路１０，２０からそれぞれ出力された発振信号の発振周波数ｆ１，ｆ２の差としているが、それ以外に例えば発振周波数ｆ１，ｆ２の和であってもよい。また、３つ以上の水晶発振回路においても発振周波数ｆ１，ｆ２の差に限らない。
【００３９】
また、半導体基板の表面にＩＣ用埋め込み層（基盤分離層）を形成した後にエピタキシャル成長させた所謂埋め込み層付エピタキシャル基板を例に挙げて説明しているが、半導体基板上に複数の半導体層が形成され、それらの層間に寄生容量が形成されるような断面構造を持つ場合にも適用される。
【００４０】
（実施の形態２）
［発振システムの構成例］
図７は、本発明の実施の形態２に係る発振システムの構成例を示すブロック図である。
図７に示す発振システムが、図１に示す発振システムと相違する点は、水晶発振回路１０及び水晶発振回路２０の構成の中で新たな部品が追加されている点である。
【００４１】
具体的には、水晶発振回路１０において、帰還抵抗１３と並列に接続され、かつ直列に接続された帰還抵抗１７及びスイッチング素子１８と、反転増幅器１１の入力端とグランドとの間に直列に接続された固定容量１５ａ及びスイッチング素子１６ａと、反転増幅器１１の出力端とグランドとの間に直列に接続された固定容量１５ｂ及びスイッチング素子１６ｂと、が新たに設けられている。
【００４２】
なお、スイッチング素子１６ａ，１６ｂとスイッチング素子１８とは、制御信号Ｓ１とその論理反転信号／Ｓ１に基づいて相補的にオンオフされるように構成されている。つまり、水晶発振回路１０は、制御信号Ｓ１とその論理反転信号／Ｓ１に基づいてスイッチング素子１６ａ，１６ｂとスイッチング素子１８とを相補的にオンオフさせることで、帰還抵抗（１３，１７）の合成抵抗値又は帰還容量（１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）の直列合成容量値を切替えられるように構成されている。この結果、単一の水晶振動子１２が設けられる場合でも、発振周波数ｆ１を基本波発振周波数又はオーバートーン発振周波数（基本波発振周波数に対する高次の周波数）に選択的に切り替えることが可能となっている。
【００４３】
水晶発振回路２０の構成は水晶発振回路１０と同様である。具体的には、水晶発振回路２０において、帰還抵抗２３と並列に接続されるように直列に接続された擬似帰還抵抗２７及び擬似スイッチング素子２８と、反転増幅器２１の入力端とグランドとの間に直列に接続された擬似固定容量２５ａ及び擬似スイッチング素子２６ａと、反転増幅器２１の出力端とグランドとの間に直列に接続された擬似固定容量２５ｂ及び擬似スイッチング素子２６ｂと、が新たに設けられている。
【００４４】
なお、擬似帰還抵抗２７及び擬似スイッチング素子２８と、擬似固定容量２５ａ及び擬似スイッチング素子２６ａと、擬似固定容量２５ｂ及び擬似スイッチング素子２６ｂとは、それぞれ帰還抵抗１７及びスイッチング素子１８と、固定容量１５ａ及びスイッチング素子１６ａと、固定容量１５ｂ及びスイッチング素子１６ｂとを模擬した回路素子のことである。よって、擬似スイッチング素子２５ａ，２５ｂと擬似スイッチング素子２７とは、制御信号Ｓ１とその論理反転信号／Ｓ１に基づいて相補的にオンオフされるように構成されている。
【００４５】
ここで、混合器３０から出力される合成周波数ｆ３の必要な精度に応じて設計された水晶発振回路１０のスイッチング素子（１６ａ，１６ｂ，１８）の各種の条件が、水晶発振回路２０の疑似スイッチング素子（２６ａ，２６ｂ、２８）についても反映されている。これにより、水晶発振回路２０においる擬似スイッチング素子（２６ａ，２６ｂ、２８）のオンオフ動作に伴うオン抵抗及び寄生容量を、水晶発振回路１０におけるスイッチング素子（１６ａ，１６ｂ，１８）のオンオフ動作に伴うオン抵抗及び寄生容量と同一のものとすることができ、高精度な合成周波数ｆ３を実現することが容易となる。
【００４６】
［比較形態２との対比］
ここで、図７に示した本発明の実施の形態２に係る発振システムの特徴を述べるにあたり、図８を用いて図７に示す発振システムと対比させる比較形態２に係る発振システムを説明する。
【００４７】
図８に示す比較形態２に係る発振システムが、図７に示す発振システムと相違する点は、水晶発振回路２０’の構成において、擬似帰還抵抗２７及び擬似スイッチング素子２８と、擬似固定容量２５ａ及び擬似スイッチング素子２６ａと、擬似固定容量２５ｂ及び擬似スイッチング素子２６ｂとが設けられていない点である。つまり、図２に示す発振システムの構成から変化していない。
【００４８】
つぎに、図９、図１０を用いて、本発明の実施の形態２及び比較形態２のシミュレーション結果を対比して説明する。
【００４９】
図９は、水晶発振回路１０から出力される発振信号の発振周波数ｆ１の態様を表した図である。同図では、制御信号Ｓ１とその論理反転信号／Ｓ１に基づいて、基本波発振周波数である２６ＭＨｚと、３次のオーバートーン発振周波数である７８ＭＨｚとが適宜のタイミングで交互に切り替えられる形態を表している。
【００５０】
図１０は、水晶発振回路２０から出力される発振信号の発振周波数ｆ２の態様を表した図である。同図において、水晶発振回路２０から出力される発振信号の発振周波数ｆ２は、理論上、水晶発振回路１０の周波数の切り替えに関わらず、規定の８０ＭＨｚの周波数を一定に保ったままである。但し、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との間に形成される寄生容量の直列合成容量を介することにより、発振周波数ｆ２が発振周波数ｆ１の影響を受けることになる。
【００５１】
ここで、本発明の実施の形態２によれば、比較形態２の構造と対比して、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との間に寄生的に形成される直列合成容量の容量値が低減されているので（図１０の例では、水晶発振回路１０と水晶発振回路２０との間の寄生容量の直列合成容量が１／２に低減されている）、比較形態２の発振周波数ｆ２のズレであった＋２００ｐｐｂから＋１００ｐｐｂにまで低減することができ、後段の信号処理システムに供給される合成周波数ｆ３のズレ量も同様に低減することができる。
【００５２】
（実施の形態３）
図１１は本発明の実施の形態３に係る発振システムのレイアウト構成例を示した図である。
【００５３】
図１１に示す発振システムの構成は、実施の形態１又は実施の形態２と同様である。  
【００５４】
図１１に示すように、水晶発振回路１０，２０の回路素子のレイアウト配置に関し、水晶発振回路１０および水晶発振回路２０がトレンチ構造を介して隣り合うように配置されている。このような配置は、水晶発振回路１０の発振周波数ｆ１と水晶発振回路２０の発振周波数ｆ２との間の相互干渉が抑制されているので可能となっている。従って、図１１に示す発振システムを実施の形態１又は実施の形態２のように構成することで、発振システムを集積化したＬＳＩ５０の微細化が容易となっている。
【００５５】
また、図１１中の対照線（Ａ−Ａ’）を境界として、水晶発振回路１０の帰還抵抗１３、帰還容量１４及び反転増幅器１１と、水晶発振回路２０の帰還抵抗２３、帰還容量２４及び反転増幅器２１と、が互いに線対称となるように対称性を有して配置されている。このような配置により、水晶発振回路１０の帰還抵抗１３、帰還容量１４、及び反転増幅器１１と、水晶発振回路２０の帰還抵抗２３、帰還容量２４、及び反転増幅器２１との相対的なミスマッチ（性能ばらつき）を抑制することができ、発振周波数ｆ１，ｆ２それぞれの精度を均一化することができ、ひいては混合器３０で得られる合成周波数ｆ３の高精度化が図られることになる。
【００５６】
また、図１１中の対照線（Ａ−Ａ’）の近傍に、水晶発振回路１０の帰還抵抗１３及び帰還容量１４と水晶発振回路２０の帰還抵抗２３及び帰還容量２４とがそれぞれ配置されている。これにより、発振周波数ｆ１と発振周波数ｆ２との相対的な誤差の大きな要因の一つとなっている、帰還抵抗１３，２３の抵抗値の相対的な誤差及び帰還容量１４，２４の容量値の相対的な誤差を低減することが可能となる。
【００５７】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の発振システムは、複数の水晶発振回路を搭載し、各々の発振周波数を合成して得られる高精度な合成周波数を出力する発振システム等として有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１〜６…寄生容量
ｆ１…発振周波数（第１の発振周波数）
ｆ２…発振周波数（第２の発振周波数）
ｆ３…合成周波数
１０、２０…水晶発振回路
１００…トレンチ
１０１…絶縁体
１０２…基盤
１０３ａ…基盤分離層
１０３ｂ…基盤分離層
１０４ａ…素子形成層
１０４ｂ…素子形成層
１１０  半導体基板
１１、２１…反転増幅器
１２、２２…水晶振動子
１３、２３…帰還抵抗（第１の帰還抵抗）
１４ａ、２４ａ…帰還容量（第１の帰還容量）
１４ｂ、２４ｂ…帰還容量（第２の帰還容量）
１５ａ、２５ａ…固定容量（第１の固定容量）
１５ｂ、２５ｂ…固定容量（第２の固定容量）
１６ａ、２６ａ…スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
１６ｂ、２６ｂ…スイッチング素子（第３のスイッチング素子）
１７、２７…帰還抵抗（第２の帰還抵抗）
１８、２８…スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
３０…混合器
５０…ＬＳＩ
２００…分離層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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