直接键合工艺步骤主要包括：①对两抛光晶圆进行清洗和表面活化处理；②在室温下将两晶圆抛光面贴合在一起；③将贴合好的硅片经过高温退火处理，从而形成良好的键合。键合良好的硅片，其键合强度可高达12兆帕以上，这需要良好的键合条件。

在直接键合工艺中，使键合片紧密接触的方式有两种：施加外压力和进行表面活化处理。施加外压力会使晶圆键合后留存较大的残余应力，从而影响键合片的性能，而进行表面活化处理能克服这个缺点。对键合片进行表面活化处理将会使其表面能增大，当在室温下将两键合片贴合在一起时，两键合片受到界面处的氢键和范德瓦耳斯力的作用而紧密接触。当键合片表面的粗糙度足够小，表面能足够大时，室温下键合片表面出现弹性变形，进而发生预键合。而直接键合基于由晶圆表面自然氧化层（SiO₂）提供的OH基团的化学反应，该反应在200℃附近发生。温度越高，参与反应的OH基团数量随之增加，键合强度也相应增加，1000℃时，键合强度接近于体材料。

直接键合工艺的影响因素主要包括：键合温度、晶圆表面的平整度以及洁净度。①键合温度会影响晶圆表面参与键合反应的OH基团的数量，成为影响键合的重要因素。②晶圆表面的平整度和粗糙度影响最终的键合效果。抛光晶圆片表面并不是理想的镜面，总是有一定的粗糙度。如果粗糙度比较小，则在键合过程中，会由于晶圆的弹性形变或高温下的黏滞回流，使两键合片完全结合在一起，键合的界面不存在孔洞和间隙。若表面粗糙度较大，键合后就会使界面产生孔洞甚至无法键合。③晶圆表面的洁净度也会影响键合质量。如果键合工艺不是在超净环境中进行，则晶圆片表面就会有一些尘埃颗粒，成为键合硅片产生孔洞的主要原因之一。例如，若硅片厚度为350微米，颗粒直径为1微米，则引起的孔洞直径大约为4.2毫米。在常规的硅-硅键合技术中，对键合表面的平整度和键合环境的清洁度要求十分苛刻。对键合的硅片一般要求表面起伏不超过1纳米。同时需要100级以上的超净环境，才有可能实现较好质量的硅-硅直接键合。此外，直接键合的可靠性依赖于晶圆亲水表面所产生的O-H键的强度。而温度、晶圆表面的洁净度和平整度均会影响OH基团的产出率，因此直接影响最终的键合强度。因此需要重视温度、表面粗糙度以及洁净度3个主要因素，以获得最佳的键合条件。

直接键合技术的优点主要有：①不需要任何黏结剂，而且键合过程中产生的缺陷集中在键合界面，保持了本体晶圆的基本特性；②两键合片的电阻率和导电类型可自由选择；③适合制备厚外延层。与此同时，直接键合技术需要考虑高温对于器件和材料的影响。因为直接键合温度较高，热膨胀系数不匹配，容易在材料内部产生热应力，进而造成工件扭曲或者器件损伤；并且高温会影响电学特性和金属化，因此一般不用于集成电路的键合封装。

直接键合技术的应用主要包括：绝缘体上硅（silicon on insulator; SOI）制备，将表面微加工工艺与体硅工艺相结合，与集成电路工艺兼容，可实现三维结构的集成封装等。