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随着大规模集成电路制造技术的不断发展，CMOS器件特征尺寸不断缩减，栅氧化层不断减薄从而导致过高的栅泄漏电流、多晶硅耗尽效应以及严重的可靠性等问题，严重限制了传统CMOS工艺技术的发展。特别是进入45纳米及以下技术代，传统的SiO2栅介质和多晶硅栅电极结构已无法在CMOS器件的微缩中应用，高k栅介质/金属栅电极结构成功地解决了上述问题，并在45 nm及以下技术代器件中得到较广泛的应用。然而，虽然高k/金属栅技术的引入较好地改善了器件的性能，却导致MOS器件的可靠性问题更加严重且物理退化机制更加复杂。目前，主要的可靠性问题包括MOS器件的时变击穿(TDDB)、应力诱导栅极泄漏电流(SILC)、热载流子注入(HCI)和温度偏压不稳定性(BTI)等。本文针对超薄等效氧化层厚度(EOT)(sub-1 nm)全后栅工艺高k/金属栅结构MOS器件的时变击穿特性及应力诱导栅极泄漏电流问题进行了系统的研究。本文的主要内容如下: 第一章，综述了MOS器件制造工艺的发展历程及高k/金属栅结构MOS器件击穿特性的研究现状;第二章，详细地介绍了MOS器件的TDDB和SILC特性研究中采用的测试方法以及寿命预测模型;第三章，研究了多次沉积多次退火(MDMA)工艺对全后栅工艺高k/金属栅结构MOS器件的电学特性及击穿特性的影响;第四章，研究了栅介质沉积后退火(PDA)工艺的气体氛围对全后栅工艺高k/金属栅结构MOS器件电学特性及击穿特性的影响;第五章，研究了栅介质沉积后退火温度对MOS器件中的击穿特性的影响;最后，第六章为本文工作的总结及展望。 本文的主要创新性成果包括: 1)针对全后栅制备的超薄高k/金属栅MOS器件，采用了多次沉积多次退火的新型退火工艺，通过研究MOS器件的电学特性和击穿特性，提出了新型退火工艺的优化条件，并给出了物理微观解释。 2)针对MOS器件击穿特性的weibull分布曲线，采用了分段式分析方法，从而提高了可靠性评估的准确性，并根据weibull斜率推断了发生击穿的主要贡献层。 3)通过对不同退火条件的MOS电容的SILC特性进行分析，提取缺陷的能级分布，进而确定HfO2中存在的体缺陷类型。 4)研究了不同退火氛围对超薄高k/金属栅结构MOS电容的TDDB特性的影响，推断出了退火氛围内氧含量对TDDB特性的影响，提出了针对ALD HfO2栅介质过于富裕的氧气退火氛围反而不利于器件的可靠性。 5)研究了不同退火温度对超薄高k/金属栅结构MOS电容的TDDB特性的影响，得出当提高温度使高k栅介质中出现结晶相时，栅介质层中缺陷的能级位置与非晶状态下相比发生下降，缺陷的形成能升高，从而使体缺陷数量降低，从而提高器件的击穿寿命。