硅-硅直接键合机制

对于抛光的硅片的表面，一般存在10~60Å的本征氧化层，并且在亲水活化处理的过程中，表面也会由于强氧化剂的作用生成一层本征氧化层，所以抛光硅片与氧化硅片的键合过程基本相似。硅-硅直接键合的机理目前已进行了较多的研究^[4~8]，整个键合机理可用三个或四个阶段的键合过程进行描述，这里用四个键合阶段对键合机理进行描述：

阶段，从室温到200℃，两硅片表面吸附OH团，在相互接触区产生H键，随着温度的升高，OH团因得到热能而增大迁移率，表面H键形成的几率也随着增大，因而键合的硅片的相互作用力增大，硅片表面产生弹性变形，键合面积增加，键合强度也增加。

第二阶段，200℃~500℃，形成H键的两个硅片的硅醇键（Si-OH）之间发生聚合反应，产生水和硅氧（Si-O）键，即：

Si-OH + HO-Si →Si-O-Si + H₂O （2.1）

由于硅氧（Si-O）键结合远比H键牢固，所以键合强度迅速增加。到达400℃左右，聚合反应基本完成。

第三阶段，500℃~800℃，聚合反应产生的水向SiO₂中不显著，而OH^-可破坏桥接氧原子的一个键使其转变为非桥接氧原子，即

Si-O-Si + HOH = 2Si-O^- + 2H⁺ （2.2）

第四阶段，温度大于800℃，水向SiO₂中扩散变得显著，而且随着温度的升高扩散系数指数增大，键合界面的空洞和间隙处的水分子可在高温下扩散进入四周SiO₂中，从而产生局部的真空，这样的硅片发生塑性变形使空洞消除。在高温下，由于SiO₂粘度降低，使SiO₂产生粘滞流动，所以消除了键合界面的微间隙。温度超过1000℃后，邻近原子间的相互反应产生了共价键，使键合完成。