本发明公开了一种晶圆级混合键合的方法，包括以下步骤：提供两片待混合键合的半导体衬底晶圆，在晶圆的表面沉积一层第一介质层，并进行图形化处理，形成图形结构；在图形结构中填充金属，形成金属层图形；对晶圆表面进行平坦化处理，使第一介质层与金属层表面齐平；在整个晶圆表面沉积一层保护层；在保护层表面沉积一层第二介质层；去除位于金属层图形上方位置上的第二介质层，露出下方的保护层；继续去除下方露出的保护层，露出金属层；执行对两片晶圆的混合键合。本发明完全避开了传统CMP方法对介质层粗糙度高要求的不利影响，有效克服了以往CMP方法引入的刮伤，以及研磨液残留导致缺陷及良率低的问题，且工艺成熟，简单可控。