Корректно раздельное написание: глубоко недоношенный ребенок. Однако в специальной (медицинской) литературе, где это слово используется в качестве термина, распространено слитное (глубоконедоношенный ребенок) написание.
Как термины пишутся слитно.
Возможны оба варианта. Подробнее см. в «Письмовнике».