本发明涉及一种多值非挥发存储器及其制备方法。所述存储器包括半导体衬底，在沿存储器位线的方向上，半导体衬底的两端分别包括源电极和漏电极，在沿存储器子线的方向上，半导体衬底的两端分别包括浅沟槽隔离结构，在半导体衬底上依次设置有隧穿介质层、电荷存储层、电荷阻挡层和栅电极，电荷存储层在沿存储器子线的方向上由两种不同的存储材料交替排列组合而成。本发明多值非挥发存储器采用两种材料交替排列作为存储层，提高了存储密度，可以在大大缩小栅介质层厚度的同时保证很大的窗口，从而实现多值存储和高密度存储，进而降低成本。