Если вы хотите сохранить список в массиве, вам все равно придется разделить объявление и инициализацию:
ArrayList<Integer>[][] matrix = new ArrayList[10][10];
определит 2-dim-массив объектов ArrayList.
matrix[0][0] = new ArrayList<Integer>();
инициализирует одну конкретную ячейку с новым списком целых чисел ArrayList.