低温直接键合不同于传统的阳极键合、中介层键合和高温键合,无需外加电场、键合中介层和退火高温的引入,键合界面主要依靠表面活化处理工艺来发生反应产生共价键,从而达到一定的键合强度。其在晶圆级封装、三维微结构制造、SOI材料制备等方面都具有着重要的应用前景。本文通过对硅基材料低温直接键合机理的分析,探索了一套低温退火条件下键合质量仍能满足器件工作和后续加工要求的键合工艺,并研究分析了各工艺参数对键合质量的影响,从而实现了对键合工艺的优化,同时应用该低温直接键合工艺完成了对设计的MEMS打印喷头的加工,具有一定的理论意义和应用价值。在低温直接键合机理方面,针对不同工艺及原理类型的键合方式,研究分析了晶圆键合界面的物理化学反应机理,包括自发键合力的产生和键合界面的化学反应;通过建立不同晶圆键合的有限元模型,重点研究了键合表面粗糙度和退火过程中晶圆内部热应力对键合质量的影响。在低温直接键合工艺方面,以硅-石英异质晶圆键合作为主要研究对象,同时以硅-硅同质晶圆键合作为辅助,根据传统的晶圆键合工艺,设计了一套低温退火条件下键合质量仍能满足器件工作和后续加工要求的键合工艺,并制定了相应的实验方案以对不同工艺参数进行研究;针对低温直接键合质量,分别从键合过程和键合结果两个方面,通过表面粗糙度、活化效果、键合强度和键合界面对其进行了表征。在不同工艺参数对键合质量的影响方面,通过控制变量法,分别研究了键合工艺过程中各重要工艺参数（活化方式、氧等离子体处理时间、施加压力、静置时间、退火温度和退火时间等）对键合质量的影响,从而对提出的低温直接键合工艺进行了优化。在低温直接键合技术的应用方面,针对设计的MEMS压电式集成打印喷头的复杂腔体结构,应用硅-硅低温直接键合技术设计了其制作工艺并完成加工,有效简化了工艺流程,重点解决了带有复杂表面结构的晶片键合问题。