高K栅介质与金属栅的引入，是推动MOS管集成技术沿着摩尔定律继续前行的重要推手，被戈登·摩尔认为是从推出多晶硅栅MOS晶体管以来，晶体管技术的一个最大的突破，具有里程碑作用。本文研究适用与22nm技术节点的高K栅介质与金属栅技术，主要有三个技术要求，一是EOT要小于0.8nm，二是金属栅功函数距离硅带边要小于0.2eV，三是要求漏电流小同等EOT下SiO2/poly结构三个数量级。针对这三个目标，本文主要做了如下工作:　　 (1)研究了PVDHfO2的制备与性能表征，主要包括热稳定性与电学性能:PVD HfO2在800℃5s的退火条件下开始结晶，当退火温度为1000℃5s时漏电急剧增大;PVD HfO2的相对介电常数为18，适当的退火会使介电常数增加。　　 (2)研究了ALD HfO2的制备，选择出了最佳生长温度为300℃，并求出了生长速率以及ALD HfO2的相对介电常数(20.3)，此外还研究了快速热退火处理界面和不同PDA条件对ALD HfO2电学性能的影响。　　 (3)研究了PVD HfAlON的制备，找到了HfAlO栅介质漏电太大的原因，并成功制备出了PVD HfAlON。　　 (4)研究了ALD HfAlO的制备，找到了ALD Al2O3与ALD HfO2相匹配的生长条件，并制备出了Al2O3、HfO2叠层结构，并研究了不同的退火温度以及不同的叠层厚度对叠层结构电学性能的影响。　　 (5)研究了PVD HfGdO的制备，成功利用共溅射的方法制备出了HfGdO薄膜，并研究了HfGdO的电学特性，发现Gd的引入使金属栅功函数正向平移，这与传统偶极子模型不相匹配，成功的通过实验给出解释。　　 (6)研究了TiN的三种生长方法，包括PVD、thermal ALD、PEALD，并比较了三种生长方法的优劣。研究了各种因素对TiN金属功函数的影响，包括TiN膜的厚度、半金属栅后退火以及溅射过程中N的流量。此外还研究了各种退火条件对TiN金属栅电学性能的影响，包括FGA、PDA和PMA。研究了各种不同金属的有效功函数，包括Ti、Al、Ta、Ni、W、TaN、Mo，并研究了他们与TiN的集成，发现凡是比TiN功函数小的金属，掺入TiN中就会是金属栅的功函数向负方向漂移，反之依然，漂移大小与这种金属与TiN的功函数差正相关。　　 (7)研究了基于ALD TiN和ALDW集成的栅介质界面处理技术，包括快速热退火、ISSG和臭氧氧化三种处理界面的方法，淘汰掉了前两种，并找到了合适的臭氧处理条件，使保证漏电的前提下EOT小于0.8nm。　　 (8)研究了TiAl掺入ALD TiN中的影响，成功制备出了EOT=0.66nm、Vfb=-0.73V的电容，完全符合NMOS要求。　　 (9)研究了CVD TiN的制备，以及它与ALD TiN的集成，研究了CVD TiN的各种生长条件的改变对它们集成的影响，包括生长厚度和后等离子体处理功率、时间的影响，发现CVD TiN的引入会使EOT急剧增大，平带电压正向漂移，最后找到了Ti作为阻挡层来缓和CVD TiN对下层结构的影响，最终成功制备出了EOT=0.83nm、Vfb=0.65V的电容，除EOT的一点点差距外，其他完全符合PMOS的要求。