本发明提供一种多位非挥发存储器及其操作方法，该存储器包括：半导体衬底；形成在所述半导体衬底中的沟槽；形成在所述半导体衬底中、所述沟槽两侧的源区和漏区；形成在所述沟槽的下侧壁和底壁上的第一隧穿介质层，形成在所述第一隧穿介质层上的调控栅；和形成在所述沟槽的上部的栅结构，所述栅结构包括：形成在所述沟槽的上侧壁和所述调控栅上的第二隧穿介质层、形成在所述第二隧穿介质层上的电荷俘获层、形成在所述电荷俘获层上的阻挡介质层、形成在所述阻挡介质层上的栅极。根据本发明实施例的非挥发存储器，具有编程功耗低、编程窗口大、器件的操作可靠性高的优点。