目前在制作HKMG结构晶体管的工艺方面，业内主要存在两大各自固执己见的不同阵营，分别是以IBM为代表的gate-first（先栅极）工艺流派和以Intel公司为代表的gatelast（后栅极）工艺流派（见图6.2）。后栅极工艺又分先高k和后高k两种不同方法，图6.2所示为先高k后栅极工艺，Intel公司在45nm采用，到32nm后转为后高k后栅极工艺。一般来说使用gate-first工艺，高k介质和金属栅极必须经受漏源极退火工艺的高温，因此实现HKMG结构的难点在于如何控制PMOS管的Vt电压（阈值电压）；而gate-last工艺虽然工艺复杂，芯片的管芯密度同等条件下要比gate-first工艺低，但是金属栅极不需要经受高温过程，不论先高k还是后高k 。因此先栅极金属栅材料的选择非常困难。
氮的加入可以很大程度上提高金属栅的热稳定性和抗氧化能力。难熔金属的氮化物（TiN、TaN、HfN、WN）与高k 栅介质之间有较好的热力学和化学稳定性，界面特性良好，与高k栅介质的集成表现出 良好的电学特性。但由于难熔金属氮化物与高k材料在源漏杂质激活过程中的界面反应、高k介质中的氧空位、偶极子层、金属诱生界面态等引起的费米能级钉轧效应，使金属栅的有效功函数一般被限制在禁带中央附近。
目前对于先栅极工艺，通常采用高k/金属栅的界面调制，通过在界面处引入偶极子层来调节有效功函数。通常采用功函数位于带隙中间的金属（如TiN），而通过在高k介质上（或下）沉积不同的覆盖层来调节Vt。通过覆盖层得到带边功函数的原理是覆盖层与高k材料在高温退火过程中发生互混，最后在高k/SiO2界面处形成偶极子层来实现的。La等适合调节NMOS管有效功函数是因为La2O3中氧的区域浓 度小于过渡层SiO2中的氧的浓度，所以氧会向高k方向移动，最后形成电场是由界面层SiO2指向高k介质的偶极子层，该电场的存在可以改变带边间的势垒差，使NMOS管金属栅的有效功函数从禁带中央附近向导带附近移动；而Al诱生的偶极子层的极性与La形成的偶极子层的极性相反，使PMOS管金属栅的有效功函数从禁带中央附近向价带附近移动，如图6.5所示。但是如前所述，这种方法对NMOS的作用十分明显，而对PMOS效果则不显著，而且由于Al2O3的k值较低，PMOS的EOT也会受到影响。所以高性能器件的PMOS的Vt调节目前仍是先栅极工艺中的主要挑战之一。而采用后栅极工艺，由于不需要经历高温的源漏激活过程，金属材料的选择相对较简单。目前量产的Intel公司主要采用TiN作为PMOS的金属栅极，而通过扩散形成TiAlN 作为NMOS的金属栅极。
金属栅极的沉积方法
金属栅极的沉积方法主要由HKMG的整合工艺决定。为了获得稳定均匀的有效功函数，两种工艺都对薄膜厚度的均匀性要求较高。另外，先栅极的工艺对金属薄膜没有台阶覆盖性的要求，但是后栅极工艺因为需要重新填充原来多晶硅栅极的地方，因此对薄膜的台阶覆盖 性及其均匀度要求较高。
目前的功函数金属栅极沉积主要采用原子层沉积（ALD）或射频溅射物理气相沉积法（RFPVD）。两者相比，ALD的方法可以提供很好的阶梯覆盖性，可以得到均匀的金属栅极厚度，为得到稳定的功函数提供保证；而RFPVD的方法可以容易地通过调节反应参数获得不同功函数，同时获得比ALD更高的生产能力。因此先栅极工艺一般选择RFPVD方法沉积功函数金属，后栅极工艺随器件尺寸减小，会逐渐从RFPVD向ALD过渡。
通常情况下，功函数金属的厚度一般选择在50～100Å之间可以获得比较稳定的功函数。
在后栅极工艺中，功函数金属沉积后，需要再沉积金属Al将金属栅极连接出去。一般采用热铝的方法来完成。之前需要溅射法沉积Ti作为黏附层，CVD铝作为籽晶层。
