DE10032282A1 - Lithografisches Belichtungs- und Strukturierungsverfahren unter Verwendung einer Antireflexionsschicht - Google Patents
Lithografisches Belichtungs- und Strukturierungsverfahren unter Verwendung einer AntireflexionsschichtInfo
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Abstract
Zur örtlich selektiven Behandlung einer unterhalb einer Photoresistschicht (3) angeordneten, transparenten Materialschicht (2; 12) wird zwischen der Materialschicht (2; 12) und einem Substrat (1; 10) eine Antireflexionsschicht (4; 14) angeordnet, durch die verhindert wird, daß durch die Materialschicht (2; 12) hindurchgetretene Belichtungsstrahlung der Lithografie an dem Substrat (1; 10) reflektiert wird und zu Interfrenzeffekten oder Fehlbelichtungen führt. Das Verfahren kann besonders vorteilhaft zur Herstellung von in Isolationsschichten eingebetteten metallischen Leiterbahnen verwendet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein lithografisches Belichtungs- und
Strukturierungsverfahren zur Strukturierung einer strahlungs
sensitiven Photoresistschicht mit dem Ziel der örtlich selek
tiven Behandlung einer unterhalb der Photoresistschicht be
findlichen, transparenten Materialschicht.
Bei einem derartigen an sich im Stand der Technik bekannten
Lithographieverfahren wird die strahlungssensitive Photore
sist- oder Photolackschicht in den gewünschten Bereichen der
art bestrahlt, daß in einem geeigneten Entwickler nur die be
strahlten (oder unbestrahlten) Bereiche entfernt werden. Das
so entstehende Resistmuster dient dann als Maske bei einem
därauffolgenden Prozeßschritt, z. B. bei einer Ätzung oder ei
ner Ionenimplantation. Anschließend an den Prozeßschritt wird
die Resistmaske wieder abgelöst.
Die Grundprinzipien und Anwendungsformen der lithografischen
Technik sind beispielsweise in dem Buch "Technologie hochinte
grierter Schaltungen", 2. Auflage, D. Widmann, H. Mader und H.
Friedrich, Springer-Verlag, 1996, Kapitel 4 eingehend be
schrieben.
Bei fast allen lithografischen Techniken tritt das Problem
auf, daß die bei der Belichtung verwendete Strahlung an der
Grenzfläche zwischen der Resistschicht und der zu strukturie
renden Materialschicht in die Resistschicht zurückreflektiert
wird. Da für die Belichtung relativ schmalbandiges Licht aus
einer Quecksilber-Höchstdrucklampe oder aus einem Laser ver
wendet wird, kommt es deshalb zu unerwünschten Interferenzef
fekten zwischen einfallenden und reflektierten Lichtwellen.
Daneben tritt die Belichtung von Bereichen auf, die eigentlich
unbelichtet bleiben sollen, beispielsweise als Folge von
Lichtreflexionen an Oberflächenstufen.
Es ist bekannt, zwischen der zu strukturierenden Material
schicht und der Photoresistschicht geeignete Antireflexions
schichten aufzubringen, durch die die Intensität der zurückre
flektierten Lichtwelle erheblich reduziert wird. So kann z. B.
eine dünne aufgesputterte amorphe Siliziumschicht zwischen ei
ner hochreflektierenden Aluminiumoberfläche und der Photore
sistschicht die Intensität des reflektierten Lichts um mehr
als eine Größenordnung herabsetzen. Ähnliche Antireflexions
schichten sind auch zwischen den anderen, in der Siliziumtech
nologie vorkommenden Schichten und der Resistschicht möglich,
wie in der Publikation von L. Mader, D. Widmann und W. G. Old
ham in den Proceedings Microcircuit Engineering (1981), S. 105
gezeigt wurde.
Bisher werden die Antireflexionsschichten auf die zu struktu
rierende Schicht unter der Photoresistschicht aufgebracht.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß in den freigelegten, zu
behandelnden Bereichen zunächst die Antireflexionsschicht
durch eine Ätzung entfernt werden muß, um die Behandlung der
darunterliegenden Bereiche erst zu ermöglichen. Jeder zusätz
liche Ätzschritt stellt jedoch einen Materialverbrauch der
Photoresistschicht und eine entsprechende Verformung ihrer
Flankenverläufe dar. Um diesen Verlust zu kompensieren, muß
von vornherein eine entsprechend dickere Photoresistschicht
gewählt werden. Jede Erhöhung der Lackdicke erhöht wiederum
das Fokus-Prozeßfenster der Lithografie. Bei der Anwendung auf
die lithografische Strukturierung von Oxidschichten kann es
zudem infolge von Schichtdickenschwankungen des unterliegenden
Oxids zur Reduzierung der Wirksamkeit der Antireflexions
schicht kommen. Außerdem kann es bei der Verwendung anorgani
scher Reflexionsschichten zur Bildung von sogenannten Lackfü
ßen kommen.
Bei der Herstellung metallischer Leiterbahnen durch lithogra
fische Techniken kommen ebenfalls bereits Antireflexions
schichten zum Einsatz. Diese können dann benutzt werden, wenn
das Metall, zumeist in Form einer metallischen Schichtenfolge,
ganzflächig abgeschieden und mittels Plasmaätzen (oder Reacti
ve Ion Etching, RIE) strukturiert wird. Als oberste Schicht
wird in diesem Fall eine Antireflexionsschicht aufgebracht,
durch die die Reflexion in die darüberliegende Photore
sistschicht minimiert wird, indem deren Dicke auf die jeweili
ge Belichtungswellenlänge der Lithografie abgestimmt ist. Oft
mals werden jedoch die metallischen Leiterbahnen durch das
sogenannte Dual-Damascene-Verfahren hergestellt, bei welchem
das Metall in strukturierte Gräben eines Isolationsoxids ein
gefüllt und dann so zurückpoliert wird, daß es nur noch in dem
Oxid, nicht aber auf dem Oxid verbleibt. Bei diesem Verfahren
kann somit naturgemäß keine Antireflexionsschicht auf die me
tallische Leiterbahn aufgebracht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,
ein lithografisches Belichtungs- und Strukturierungsverfahren
zur Strukturierung einer strahlungssensitiven Photore
sistschicht unter Verwendung einer Antireflexionsschicht anzu
geben, bei welchem die Antireflexionsschicht nicht mehr ent
fernt werden muß und durch die Antireflexionsschicht das Pro
zeßfenster der Lithografie nicht verkleinert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein lithografisches Belichtungs- und Strukturierungsverfahren
unter Verwendung von Antireflexionsschichten zur nachfolgenden
Herstellung von metallischen Leiterbahnen, insbesondere durch
das sogenannte Dual-Damascene-Verfahren bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Pa
tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in
den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung geht aus von der Erkenntnis, daß
in bestimmten Anwendungsbereichen lithografischer Techniken,
nämlich insbesondere bei deren Anwendung auf die Strukturie
rung von Oxiden oder dergleichen, die Reflexion der lithogra
fischen Belichtungsstrahlung an der oberen Grenzfläche zwi
schen der Resistschicht und der zu strukturierenden Materialschicht
aufgrund einer relativ kleinen Änderung im Brechungs
index vernachlässigbar ist. Die meisten Photoresistmaterialien
weisen Brechungsindizes n0 im Bereich zwischen 1,6 und 2 auf.
Bei Abscheidung des Resists auf einem Siliziumsubstrat (n0 =
4,75) tritt an der Grenzfläche ein relativ hoher Brechungsin
dexsprung und damit hohe Reflexion auf. Da jedoch die Bre
chungsindizes von Oxiden und Nitriden zumeist erheblich klei
ner sind, tritt an der Grenzfläche dieser beiden Materialien
mit der Photoresistschicht keine nennenswerte Reflexion auf.
Jedoch kommt es infolge der zumeist vorhandenen Transparenz
dieser Oxid- oder Nitridschichten für die Belichtungsstrahlung
der Lithografie zu einer Reflexion an der Grenzfläche zwischen
dem Substrat und der zu strukturierenden Materialschicht. Dar
aus zieht die erfindungsgemäße Lösung die Schlußfolgerung, daß
die Antireflexionsschicht in vorteilhafter Weise statt an der
oberen Grenzfläche der Resistschicht an deren unterer Grenz
fläche angeordnet wird.
Die Belichtung und Entwicklung des Resists erfolgt wie beim
Stand der Technik. Bei dem nachfolgenden Prozeßschritt kann
beispielsweise vorgesehen sein, daß die Oxidschicht in den
freigelegten Bereichen entfernt wird. In der Regel wird dann
auch in diesen Bereichen die darunterliegende Antireflexions
schicht entfernt werden müssen. Im Gegensatz zum Stand der
Technik ist dieser aber nicht mit einer Verkleinerung des Pro
zeßfensters der Lithografie verbunden, da für diesen Ätz
schritt die Resistmaske nicht mehr benötigt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt
darin, daß Schichtdickenschwankungen der zu strukturierenden
Materialschicht, insbesondere Oxidschicht, ohne Einfluß auf
die Wirksamkeit der Antireflexionsschicht sind, da letztere
sich unterhalb der Materialschicht befindet. Außerdem ist bei
der erfindungsgemäßen Lösung die Gefahr des Auftretens soge
nannter Lackfüße geringer.
Unter dem Terminus "Antireflexionsschicht" wird begrifflich
sowohl eine einzelne, homogene Antireflexionsschicht als auch
eine Schichtenfolge aus mehreren Schichten umfaßt, die in ih
rer Gesamtwirkung auf die durch die zu behandelnde Material
schicht durchdringende Belichtungsstrahlung antireflektierende
Wirkung hat. Als einzelne Antireflexionsschicht kann bei
spielsweise eine SiON-Schicht verwendet werden. In der nach
folgenden Tabelle sind Ausführungsbeispiele dargestellt, bei
welchen eine antireflektierende SiON-Schicht jeweils geeigne
ter Dicke auf verschiedenen Substratmaterialien wie Wolfram
(W), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Silizium (Si) abgeschie
den ist. Auf die SiON-Schicht ist dann eine 700 nm dicke SiO2-
Schicht abgeschieden, die mittels eines strukturierten Photo
resists örtlich selektiv behandelt werden soll. In der Tabelle
sind die optimierten Schichtdicken der antireflektierenden
SiON-Schicht für zwei verschiedene Belichtungswellenlängen der
Lithografie, nämlich zum einen 248 nm (DUV, Deep UV) und zum
anderen die i-Linie der Quecksilber-Hochdruckdampflampe bei
365 nm angegeben. Die optischen Konstanten des SiON-Materials
wurden dabei als n = 1,96 und k = 0,55 für 248 nm und n = 2,06
und k = 0,15 für 365 nm angenommen.
Eine erfindungsgemäße Erweiterung besteht in einem Verfahren
zur Herstellung einer metallischen Leiterbahn, bei welchem zu
nächst auf ein Substrat eine Antireflexionsschicht aufgebracht
wird, anschließend auf die Antireflexionsschicht eine zu
strukturierende Materialschicht wie eine Oxidschicht aufge
bracht wird und anschließend eine Resistschicht direkt auf die
Materialschicht abgeschieden wird. Dann wird die Resistschicht
derart belichtet und strukturiert, daß die Materialschicht an
solchen vorbestimmten Abschnitten freigelegt wird, an denen
eine Leiterbahn vorgesehen ist. Dann wird durch einen vertika
len Ätzschritt die Materialschicht in den freigelegten Ab
schnitten entfernt, worauf metallisches Leiterbahnmaterial in
die geätzten Bereiche eingefüllt wird. Gegebenenfalls wird in
einem letzten Verfahrensschritt auf der Materialschicht seit
lich der geätzten Bereiche überschüssigerweise abgeschiedenes
metallisches Material durch Rückpolieren entfernt.
Dabei kann vorgesehen sein, daß vor dem Einfüllen des metalli
schen Leiterbahnmaterials mehrfach eine Resistmaske erzeugt
und ein anschließender Ätzschritt durchgeführt wird. Dies ist
beispielsweise beim sogenannten Dual-Damascene-Verfahren der
Fall, bei welchem durch zweifache Erzeugung einer Resistmaske
und anschließendes Ätzen eine zweistufige Leiterbahnstruktur
innerhalb einer umgebenden, isolierenden Oxidschicht erzeugt
wird.
Bei einem solchen Verfahren zur Herstellung metallischer Lei
terbahnen ist die Erfindung besonders vorteilhaft einsetzbar,
da das Substrat meistens ein hochreflektierendes Metall ist
und die oberhalb des metallischen Substrats zu bildende Lei
terbahn in eine Isolationsschicht wie eine Oxid- oder Nitrid
schicht eingebettet werden soll, die in der Regel für die Be
lichtungsstrahlung der Lithografie transparent ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie
len in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Materialkörper mit aufgebrachtem, struktu
riertem Photoresist unter Verwendung einer Antire
flexionsschicht nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 einen Materialkörper mit aufgebrachtem, struktu
riertem Photoresist unter Verwendung einer Antire
flexionsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A-D Zwischenprodukte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer metallischen Leiterbahn unter
erfindungsgemäßer Verwendung einer Antireflexions
schicht.
Gemäß Fig. 1 ist auf einem Substrat 1 eine zu strukturierende
oder anderweitig ortsselektiv zu behandelnde Materialschicht 2
aufgebracht. Auf diese wird dann eine geeignete Antirefle
xionsschicht 4 abgeschieden. Die auf diese aufgebrachte Photo
resistschicht 3 wird durch Belichten mit einer Photomaske und
anschließendes Entwickeln in gewünschter Weise strukturiert,
wobei einzelne Abschnitte entfernt werden, um die darunterlie
gende Materialschicht 2 durch einen vertikalen Ätzschritt zu
entfernen oder Fremdsubstanzen in diese einzubringen, etwa
durch Diffusion oder (Ionen)-Implantation. Die bekanntermaßen
zwischen der zu behandelnden Materialschicht 2 und der Photo
resistschicht 3 eingefügte Antireflexionsschicht 4 verhindert,
daß während dem Belichten das UV-Licht an der Grenzfläche zwi
schen der Materialschicht 2 und der Photoresistschicht 3 re
flektiert wird, so daß entweder innerhalb der Photore
sistschicht 3 durch Interferenz bedingte Intensitätsschwankun
gen entstehen oder aber das Licht durch Reflexion an Stufen in
Bereiche der Photoresistschicht 3 gelangt, die nicht belichtet
werden sollen.
Die Fig. 2 zeigt dagegen eine erfindungsgemäße Anordnung, bei
welcher auf einem Substrat 1, welches beispielsweise durch ein
hochreflektierendes Metall gebildet sein kann, eine geeignete
Antireflexionsschicht 4 abgeschieden wird. Auf diese wird dann
direkt die örtlich selektiv zu behandelnde Materialschicht 2,
beispielsweise eine Oxid- oder Nitridschicht aufgebracht. Die
Materialschicht 2 ist für die Belichtungsstrahlung der Litho
grafie transparent, so daß das Licht durch sie bis zu der An
tireflexionsschicht 4 im wesentlichen hindurchdringen kann.
Dort würde es ohne Vorhandensein der Antireflexionsschicht 4
in unerwünschter Weise an der Oberfläche des Substrats 1 re
flektiert und würde somit zu unerwünschten Intensitätsschwan
kungen durch Interferenzen in der Materialschicht 2 und der
Photoresistschicht 3 führen oder die Photoresistschicht 3 infolge
Reflexion an Stufenbereichen belichten, die nicht be
lichtet werden sollen. Die Antireflexionsschicht 4 kann bei
spielsweise eine SiON-Schicht sein. Sie kann aber auch anstatt
aus einer einzelnen Schicht aus einem Schichtenpaar oder einer
Schichtenfolge gebildet sein. Eine derartige Schichtenfolge
kann beispielsweise in an sich bekannter Weise aus dielektri
schen Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Bre
chungsindex gebildet sein. Nach Bildung der Resistmaske kann
die Materialschicht 2 in den freigelegten Bereichen durch ei
nen vertikalen Ätzschritt entfernt oder auf andere gewünschte
Weise ortsselektiv behandelt werden.
In den Fig. 3A-D ist ein bevorzugter Anwendungsfall der vor
liegenden Erfindung dargestellt. Zunächst wird auf einem vor
zugsweise metallischen Substrat 10 wie bereits beschrieben
eine Antireflexionsschicht 14 abgeschieden, auf die dann eine
für Lithografiestrahlung transparente Materialschicht wie eine
Oxid- oder Nitridschicht 12 aufgebracht wird (Fig. 3A). In
Fig. 3B ist das Endergebnis eines zweistufigen Ätzprozesses an
der Materialschicht 12 und der Antireflexionsschicht 14 darge
stellt. Das Verfahren wird demgemäß als "Dual-Damascene-
Verfahren" bezeichnet. Dabei wird eine erste Resistmaske mit
einer relativ kleinen Öffnung hergestellt, durch die in einem
anschließenden Ätzschritt die Materialschicht 12 bis zu dem
Substrat 10 durchgeätzt wird. Anschließend wird die erste Re
sistmaske entfernt und eine zweite Resistmaske erzeugt, die
einen um die in die Materialschicht 12 geätzte Öffnung erwei
terten Öffnungsbereich aufweist, so daß bei einem nachfolgen
den vertikalen Ätzschritt der in der Fig. 3B gezeigte stufen
förmige Verlauf der Ausnehmung in der Materialschicht 12 ent
steht. Anschließend wird gemäß Fig. 3C ein metallisches Lei
terbahnmaterial 15 in die geätzte Öffnung eingefüllt. Dabei
entsteht eine über die Ausnehmung hinausreichende und die obe
re Oberfläche der Materialschicht 12 bedeckende Schicht 15A,
die anschließend durch ein planares Ätzverfahren wie bei
spielsweise CMP (chemisch-mechanisches Polieren) wieder ent
fernt werden kann. Das Endresultat einer in die isolierende
Materialschicht 12 eingebetteten Leiterbahn 16 ist in Fig. 3D
dargestellt.
Die Antireflexionsschicht 14 muß dabei nicht in jedem Fall
durch einen Ätzschritt entfernt werden. Auch wenn beispiels
weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Leiter
bahn 16 und dem metallischen Substrat 10 hergestellt werden
soll, so kann die Antireflexionsschicht 14, insofern sie dünn
genug ist, auch zurückgelassen werden, da sie in diesem Fall
als Tunnelkontakt wirken kann.
1
Substrat
2
Materialschicht
3
Photoresistschicht
4
Antireflexionsschicht
10
Substrat
12
Materialschicht
14
Antireflexionsschicht
15
Leiterbahnmaterial
15
A Leiterbahnmaterial (auf der Oberfläche abgeschieden)
16
metallische Leiterbahn
Claims (6)
1. Lithografisches Belichtungs- und Strukturierungsverfahren
zur Strukturierung einer strahlungssensitiven Photore
sistschicht (3) zur örtlich selektiven Behandlung einer
unterhalb der Photoresistschicht (3) befindlichen, trans
parenten Materialschicht (2; 12), mit den Verfahrens
schritten
- a) Bereitstellen eines Substrats (1; 10);
- b) Aufbringen einer aus einer oder mehreren Schichten bestehenden Antireflexionsschicht (4; 14) auf das Substrat (1; 10)
- c) Aufbringen der zu behandelnden Materialschicht (2; 12) auf die Antireflexionsschicht (4; 14);
- d) Aufbringen der Photoresistschicht (3) direkt auf die Materialschicht (2; 12);
- e) Belichten und Strukturieren der Photoresistschicht (3) derart, daß die Materialschicht (2; 12) in vor bestimmten Abschnitten für die örtlich selektive Behandlung freigelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Antireflexionsschicht (4; 14) eine anorganische Ma
terialschicht, insbesondere eine SiON-Schicht verwendet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
da durch gekennzeichnet, daß
als Antireflexionsschicht (4; 14) eine Schichtenfolge
aus dielektrischen Schichten mit abwechselnd hohem und
niedrigem Brechungsindex verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Materialschicht (2; 12) eine Oxidschicht, insbeson
dere SiO2-Schicht oder eine Nitridschicht verwendet
wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat (1; 10) ein Metall ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Leiterbahn,
mit den Verfahrensschritten
- A) Erzeugen einer strukturierten Photoresistschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Materialschicht (12) an einem Abschnitt freigelegt wird, an dem die Leiterbahn (16) vorgesehen ist;
- B) Entfernen der Materialschicht (12) in den freigelegten Abschnitten durch einen vertikalen Ätzschritt;
- C) gegebenenfalls erneutes Durchführen der Verfahrens schritte A. und B.;
- D) Abscheiden von metallischem Leiterbahnmaterial (15) in die geätzte Ausnehmung; und
- E) gegebenenfalls Rückpolieren des auf der Materialschicht (12) abgeschiedenen metallischen Materials (15A).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10032282A DE10032282B4 (de) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | Lithografisches Belichtungs- und Strukturierungsverfahren unter Verwendung einer Antireflexionsschicht |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE10032282A1 true DE10032282A1 (de) | 2002-01-24 |
DE10032282B4 DE10032282B4 (de) | 2011-05-05 |
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DE (1) | DE10032282B4 (de) |
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---|---|---|---|---|
JP2000040739A (ja) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR19980032463A (ko) * | 1996-10-03 | 1998-07-25 | 윌리엄비.켐플러 | 개선된 전자이주 능력을 위한 비아(via) 패드와 캡 |
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2000
- 2000-07-03 DE DE10032282A patent/DE10032282B4/de not_active Expired - Fee Related
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JP2000040739A (ja) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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JP 2000040739 A, sowie das zugehörige englische Abstract in: Patents Abstracts of Japan * |
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Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |