金属替代栅极工艺技术分两部分，第一部分与传统的 Poly/SiON工艺技术流程类似。金属替代栅极工艺的第二部分是在完成ILD 工艺以后，再利用刻蚀技术去除多晶硅栅和栅介质层，然后再淀积高K介质层、以及合适的n型和p型功函数金属，它的目的是调整 MOS管的阈值电压Vt，最后用低阻金属（铝）填充栅沟槽，目的是为降低栅的电阻。虽然金属替代栅极工艺的工艺步骤比金属嵌入多晶硅栅工艺多，并且工艺复杂，但是金属替代栅极工艺的器件性能要比金属嵌人栅极工艺的好，因为金属替代栅极工艺的高K介质层和栅极金属材料是在高温热退火后形成的，可以选择性能更好的高K介质材料和得到更符合要求栅极金属材料，并且它的稳定性更好，金属栅的电阻要比多晶硅栅的低。
金属替代栅极工艺是通过原子层淀积技术淀积高K介质材料 HfO2，它的介电常数是25。因为金属嵌入多晶硅栅工艺的高 K介质材料是HfSiON，它的介质常数只有7~15。相对而言，金属替代栅极工艺的高K介质材料 HfO2，更具有优势，而当金属嵌入多晶硅栅工艺进入28nm 工艺制程时，高K介质材料 HfSiON已经不能满足提高器件性能的要求，金属嵌入多晶硅栅工艺被金属替代栅极工艺取代。
在金属替代栅极工艺中 PMOS 的金属栅极材料是TaN, NMOS 的金属栅极材料及TaAIN。因为金属替代栅极工艺中金属栅极是淀积在多晶硅沟槽里的，它要求淀积工艺要具有很好的台阶覆盖率，所以选择原子层淀积技术淀积金属栅极。
图2-24 所示为 HKMG 金属替代栅极工艺技术流程。PMOS 的有源区是SiGe 应变材料，利用应变材料 SiGe 可以提高载流子空穴的迁移率，从而提高 PMOS 的速度。
图2-25 所示为32nm HKMG 金属替代栅极工艺技术的 NMOS 和 PMOS 的剖面图。NMOS利月RSD工艺技术使源和漏有源区凸起，同时进行源和漏掺杂，因为32nm 工艺技术的结深非常小，通过外延生长技术使源和漏有源区凸起，可以增加有源区的厚度，从而可以形成更厚的Salicide，减小NMOS 源和漏的接触电組。PMOS 利用外延生长形成 SiGe 源和漏有源区，同时进行源和漏掺杂，凸起的源和漏有源区可以形成更厚的 Salicide，减小 PMOS 源和漏的接触电阻，另外 SiGe应变硅可以在沟道产生应力，提高载流子的速度，最终提高PMOS的速度。
虽然 HKMG利用金属栅极和高K栅介质层解决了多晶硅耗尽问题和栅极漏电问题，但是它也在硅衬底和高K栅介质层引入了 SiON 界面层，SiON 的介电常数比较低，在4~7之间，引入的SiON界面层的物理厚度在0.6mm 左右，所以SiON界面层的削弱了高K栅介质层对先进工艺中栅极电容的贡献。因为在技术上没有办法实现移除 SiON界面层，SiON 界面层的问题将一直存在，未来工艺的方向是仅仅只能通过提高工艺技术把 SiON 界面层的物理厚度从 0.6nm 降低到0.3nm 左右。另外，衬底量子化效应的问题也会一直存在，在技术上也没办法改善它，只能在新材料的方向上作努力。图2-26所示 HKMG 工艺技术MOS 栅极的等效电容。
