Det första setet gick till tiebreak där Bencic, som slog ut världsettan Naomi Osaka i åttondelsfinalen, bröt sin motståndares serve två gånger och vann med 7–5.
På torsdagen ställs Bencic mot vinnaren mellan kanadensiska Bianca Andreescu, rankad 15 i världen, och belgiska Elise Mertens, 26:a. En av dem kommer att nå sin första grand slam-final. I turneringen i USA har en finaldebutant stått som vinnare i tre av de fyra senaste åren.
– Jag drömde om det här som litet barn. Nu när jag är här njuter jag verkligen, sade Bencic, vars seger innebär att hon tar plats bland topp tio i världen för första gången sedan juni 2016.