直接键合（direct bonding）或称熔合键合（fusion bonding），是一种无需任何额外中间层的晶圆键合工艺。该工艺基于两种材料表面之间的化学键合，需满足多种严格的表面要求。这些要求规定晶圆表面必须足够洁净、平整且光滑，否则会导致未键合区域（即所谓“空洞”或界面气泡）的产生。

晶圆直连工艺的步骤通常分为：

晶圆预处理；

室温预键合；

高温退火。

尽管直接键合技术能够处理几乎所有材料，但截至目前，硅仍是最成熟的应用材料。因此，该工艺也常被称为硅直接键合或硅熔合键合。其应用领域包括绝缘体上硅（SOI）晶圆制造、传感器及执行器制造等。

概述
硅直接键合基于分子间相互作用，包括范德华力、氢键和强共价键。450°C的上限是基于后端CMOS工艺的限制以及所用材料间开始发生相互作用的临界点。

历史
光滑抛光固体表面的粘附效应最早由约翰·西奥菲勒斯·德札古利埃于1734年提及。他的发现基于两个固体表面之间的摩擦力：表面抛光越好，摩擦力越小；但这一规律仅在特定点前有效，越过该点后，摩擦力开始上升，固体表面开始粘附在一起。1986年，J. B. Lasky等人首次发表了成功进行硅直接键合的报告。

常规直接键合
直接键合多指硅键合。因此，根据表面的化学结构，工艺技术分为親水性键合（参见亲水性硅表面示意图）或疏水性键合（参见疏水性硅表面示意图）。]]
在两个晶圆键合之前，必须清除固体表面的颗粒、有机物及离子污染。为了在不降低表面质量的情况下实现清洁，晶圆需经过干法清洗（如等离子体处理或UV/臭氧清洗）或湿法化学清洗程序。随后，晶圆用去离子水冲洗或保存在去离子水中。由于晶圆上通常存在互连和金属化系统，实际操作规程需根据具体应用和器件进行调整。

室温预键合
（SAB）

• 超高真空（UHV）
• 通过化学机械抛光（CMP）进行表面活化
• 通过以下化学活化进行表面处理：

** 水解四烷氧基硅烷Si(OR)4
** 水解四甲氧基硅烷Si(OCH3)4
** 硝酸HNO3

此外，研究表明，通过基于以下方式的晶圆预处理，疏水表面的较低退火温度也是可能的：

• As+离子注入
• B2H6或Ar等离子体处理
• 硅溅射沉积

示例
该技术可用于制造多晶圆微结构，如加速度计、微型阀和微型泵。

技术规格
参考