低温键合技术是近几年来晶圆键合技术研究的热点。低温键合技术可以规避高温工艺给器件加工带来的风险,具有方法多样、操作简单、适用性强等优点,在新型半导体材料研制,高性能微纳器件制备,三维集成与封装、高密度互联以及集成光子学等领域具有重要的应用,逐渐成为前沿学科领域中微型元件的基础核心技术。论文分析了晶圆低温键合技术的国内外研究现状,针对低温键合技术中存在的科学与技术问题,开展圆片级低温硅硅键合技术的研究。设计了基于空间域与形态学相融合的图像处理软件,实现了对键合空洞和键合率的检测;开展了氧等离子体活化低温硅硅直接键合实验,优化了氧等离子体活化的工艺参数;采用多种测试方法对键合质量进行表征,分析了该工艺的键合机理。论文主要工作如下:（1）简述了晶圆键合技术的国内外研究现状,深入分析了键合工艺中存在的技术问题,明确了低温键合的研究价值和实用意义,确定了低温硅硅直接键合的总体研究方案;（2）研究了基于空间域与形态学相融合的红外图像处理方法,对图像处理算法的关键参数进行了优化。利用该软件检测了硅硅键合红外图像的空洞占比,相比于小波去噪算法需要分解重组更加简单化,利用归一化高通滤波避免了图像亮度的偏移,保护锐化效果的同时也复原了背景的细节信息。另外探究了键合界面空洞形成的规律及其对键合率的影响,根据不同活化条件下空洞数量和直径的变化情况,建立了空洞成因的判据,对界面机理分析具有一定的参考意义;（3）开展了基于氧等离子活化的硅硅低温键合工艺实验,设计了低温硅硅直接键合的正交实验,确定了影响键合质量的关键工艺参数。通过对关键工艺参数的优化,氧等离子体活化参数的最优条件为活化功率150 W,氧流量100 sccm,活化时间60 s,获得了退火后键合率为93.04%的低温硅硅键合样品,其拉伸强度达到18.58 MPa,远远满足美军标MIL-STD-883E中对于粘接强度的要求,可应用于高标准电子芯片产品的生产制造中;（4）采用了接触角、傅里叶红外光谱图、扫描电镜、透射电镜等表征手段,探究了氧等离子体活化低温硅硅直接键合界面特性。测试结果表明,适当提高氧等离子体的能量和浓度,将有助于增加表面的羟基基团数量,提高亲水性。对于拉伸强度为12.32 MPa的测试样品,键合界面处平整紧密,脱水缩合反应进行完全,生成的大量硅氧共价键以SiOX形式存在,中间无定形层厚度可以达到3.58nm。